MISKOLCI EGYETEM Gépészmérnöki és Informatikai Kar Gép- és Terméktervezési Intézet
Diplomaterv téma:
Kismegszakító tekercsvég csupaszoló és alakító berendezés tervezése
Diplomaterv Gépészmérnöki MSc szak. Géptervezési szakirány
Készítette: Bakondi Tibor XDSK4
Tervezésvezető: Dr. Kamondi László, címzetes egyetemi tanár
Üzemi instruktor: Kövér József, Gépész tervezőmérnök
Miskolc-Egyetemváros
2016 1
1.
Bevezetés.............................................................................................................................. 3
2.
Probléma bemutatása .......................................................................................................... 4
3.
Felhasználói igények, cél-kritériumrendszerek, megvalósítási alapelvek.............................. 6
4.
Szabadalomkutatás, információgyűjtés ................................................................................ 7
5.
Funkcióanalízis, megoldásvázlatok ...................................................................................... 9
6.
Értékelés meghatározott értékelő szempontok alapján ...................................................... 12
7.
Konstrukcionális tervezés .................................................................................................. 14 7.1.
Tekerccsupaszoló célgép körasztal ............................................................................. 14
7.2.
Kör, lineáris rezgőadagoló rendszer ........................................................................... 16
7.3.
Tekercsberakó és tekercsforgató állomás.......................................................................... 20
7.4.
Tekerccsupaszoló állomás ................................................................................................... 23
7.4.1. 7.5.
Tekerccsupaszoló állomás végeselemes analízise ...................................................... 26
Tekercsvég képlékenyalakító állomás................................................................................ 28
7.5.1.
Tekercsvég képlékenyalakító állomás végeselemes analízise ................................... 31
7.6.
Tekercsátforgató egység...................................................................................................... 41
7.7.
Tekercskirakó, selejtválogató egység ................................................................................. 44
7.8.
Mágneslapító, csupaszoló célgép burkolat ........................................................................ 46
8.
Tekerccsupaszoló és tekercslapító célgép felépítése és működése ........................................... 49
9.
Projektütemezés, projektkivitelezés .......................................................................................... 52 9.1.
Műszaki egyeztetés a kivitelező cégekkel, finanszírózás megvalósítása ......................... 54
Összegzés .............................................................................................................................................. 55 Summmary ............................................................................................................................................ 56 Köszönetnyilvánítás .............................................................................................................................. 57 Irodalomjegyzék .................................................................................................................................... 58
2
1. Bevezetés Diplomatervem kivitelezése során egy tekercscsupaszoló és tekercsvég alakító berendezése megtervezése a feladatom. A berendezés a kismegszakítóban található tekercsek végeinek lakkmentesítését és képlékeny alakítását végezné. A berendezés tervszerűen a General Electric ózdi telephelyén lesz üzembe helyezve, ezért egy pár szóban érdemes bemutatni a General Electric Hungary Kft.-ét, illetve a termelésstruktúráját. A General Electric múltja egészen 1876-ig tekint vissza, mikor Thomas Alva Edison laboratúriumot nyitott New Jersey-ben. Ebben a laboratóriumban született az izzólámpa. Edison ezek után alapította az Edison General Electric Company-it. Az üzletágak folyamatos fejlődésével és egyesítésével született 1892-ben a General Electric Company néven New Yorki székhellyel. Piaci mutatók alapján 2005-re a General Electric a világ legnagyobb vállata volt. Termelésének sokszínűségét már az üzletágai is jól mutatják: General Electric Appliances, General Electric Aviation, General Electric Electrical Distribution, General Electric Power Generation, General Electric Finance, General Electric Healthcare, General Electric Lightning, General Electric Oil and Gas, General Electric Energy, General Electric Water. Így a GE mint multinacionális cég a termékpalettájának sokszínűségét az izzólámpáktól a sugárhajtású turbináig lefedi. A General Electric 1989-ben megvásárolta Európa egyik legjelentősebb villágítástechnikai vállalatát a Tungsramot. Így lett Magyarország a GE világítástechnikai központja. Összesen 12 magyarországi telephellyel rendelkezik a Generál Electric, ahol 12500 embert foglalkoztatnak. 1998-ben létesített gyáregységet Ózdon a General Electric, ahol a termékpalettáján a kismegszakítók, illetve villamos szerelvények jelentek meg.
a.
ábra: GE Hungary Kft. ózdi telephelye
3
2. Probléma bemutatása Az MCB a legnagyobb piaci részesedéssel rendelkező kismegszakító. A napi termelt mennyiség megközelíti a 150.000db/munkanap mennyiséget. Ezzel ennek a terméknek van a legnagyobb prioritása a termelési keresztmetszetben. Ennek a kismegszakító típusnak a bontott alapját a b. ábra szemlélteti.
b.
ábra: Bontott MCB vagyonvédelmi kismegszakító
A kismegszakítónak két fontosabb eleme van funkcionalitását tekintve. A mágneses és termikus egységek. A mágneses egység tekerccsel van körülölelve, amelyben megtalálható az ankernek nevezett egység. Az anker két mag közé szorított tengelyből, valamint rúgóból áll. A változó elektromos mező változó mágneses teret gerjeszt, ami túlmutat a rúgóerőn. Ennek hatására a mozgó mag a kinyomja a tengelyt az álló magon keresztül. A mozgó tengely a kuplung elemen keresztül leoldja a megszakítót. A termikus elem legfőbb alkatrésze a bimetal, amely hő hatására deformálódik, így lehúzva a kettős tengelyt a kuplungnál lekapcsolja a kismegszakítót. A termikus elem magába foglalja az áramvezetőt, valamint a mozgó érintkezőt. Ezek az alkatrészek a termikus egységen belül oldhatatlan ponthegesztett kötéssel csatlakoznak egymáshoz. A képen látható ívoltó kamrának rendkívül fontos szerepe van túlzott áramterhelés esetében. Ugyanis az ívoltókamra lábain az ív eloszlik, ami megakadályozza a kapcsok közötti villamos áthúzást. A GE E2000 HV termékcsaládjának ismertetőeleme a Rapid nevű egység, amely 10msec leoldási időről a leoldási időt 1msec-os időre csökkenti
4
Ebből a terméktípusból jelenleg a következő amperitásokkal gyártanak az ózdi GE telephelyen: 10Amp, 13Amp, 16Amp, 20Amp, 25Amp, 32Amp, 40Amp, 50Amp, 63Amp. Valamint C,B,D,F,X karakterisztikákkal készülnek, amelyek a leoldási idő késleltetésére utalnak, ha mint időzítőre szükség lenne a kismegszakítóra. A termelési kapacitást tekintve egyértelműen vezértermékről beszélhetünk az MCB E2000 termékcsoportot nézve az ózdi GE gyárüzemében. Az E2000-es termék tekercsként szolgáló réz alapanyag lakkozott réteggel érkezik a tele gyárüzembe. A tekercsen a lakkréteg akadályoza a tekercslábak lehegesztését a mágnesháznak, illetve a kapocsnak nevezett alkatrészen. A tekercsek kivitele azonban sokszínű a geometriai kialakításukat tekintve. Ez megnehezíti a tekercsek lakkmentesítését, illetve esetleges képlékeny alakítását. A cél a lakkmentseítés során egy teljesen lakkmentes felület előállítása. Ez azért fontos, mert a lakkrétek kedvezőtlen hatással van a hegesztés során a kötés mechnaikai tulajdonságaira. A lakkréteg a hevítés során zárványt okoz, illetve kifröccsenést eredményez a hegesztési folyamat során. Jelenleg a tekercs csupaszolását még csévélés előtt végzik egy olyan csupaszoló berendezéssel, amelyben forgácsoló vágólapkákat alkalmaznak. A tekercs csupaszolására egy úgynevezett szirom nevezetű elem szolgál. Ennek a sziromnak 3 ága van, amelyek végein elhelyezkedik a lapka. A lapkákkal ellentétes oldalon tehergörgők vannak. A tehergörgők pozícióban maradását egy csúszógyűrű biztosítja. A PLC programnak megfelelő időpontban a csúszógyűrű hátra mozdul és a tehergörgők szétnyílnak. Így a szirom 3 ága összezár. Zárás közben a huzal axiális elmozdításával a huzalról a lakk eltávolítása megtörténik. A tekerccsupaszoló berendezés elvi felépítését a c. ábra szemlélteti.
c.
ábra: Tekerccsupaszoló sziromszerkezet felépítése
Azonban a tekercs csupaszolásának jelenlegi folyamata során számos probléma merült fel. A tekercs csupaszolása közben a lapkák a huzal felületén bordákat hagynak. Továbbá a lakkrétegből a csupaszolás során maradványok maradhatnak, illetve a lakkforgács feltapadhat a huzalra. Ezen felül fontos és nehezen összehangolható paraméterek a szirom ágainak összezárásának időpontja, az axiális előtolás hossza, illetve az axiális előtolás időpontja. Ezért a feladat kivitelezése során egy olyan berendezés tervezése a cél, amelynél a paraméterek beállításának nyomonkövethetősége egyszerűbb, illetve a lakkmentesítés kivitelezése is jobban biztosítható, illetve kielégíti a környezet és munkavédelmi szempontokat, valamint könnyen karbantartható. 5
Illetve ezen felül a technológia oldalról felmerült egy plusz igény. Az eddig használt hengerszimetrikus tekercsvégeket a hegesztési oldalon lapolni szeretnék. Ennek az oka az, hogy így kisebb hőterhelést kapnak a felületek, illetve a lapítás miatt a tekercsvég kritikus geometriai méretei kevesebb selejtet okoznak a termelés során. Az eddig használt tekercsvégek helyett egy félig lapított, félig hengerszimetrikus geometria alkalmazását tervezik a GE technológiai központjában. A tekercsvégek alakítását a low-os megnevezésű termécsaládon vezetik be, amelynél a nagyobb amperitású termékeket érinti a változtatás.
3. Felhasználói igények, cél-kritériumrendszerek, megvalósítási alapelvek A feladat kivitelezésére számos mód és alkalmazás áll a rendelkezésünkre. A gép kapacitását illetően a kézi hegesztések darabszámához kell igazítást tennünk. A kapacitás műszakonként 15.000db csupaszolt, alakított tekercs lesz. A berendezés a kívánt technológiai lépéseket az alábbi módon kivitelezheti: Mechanikus lakkmentesítés; mechanikus/ termomechanikus tekercsvég alakítás, kémiai lakkmentesítés (sósavval); mechanikus/ termomechanikus tekercsvég alakítás, termikus lakkmentesítés; termo-mechanikus tekercsvég alakítás, vegyes felépítésű lakkmentesítés; mechanikus/ termomechanikus tekercsvég alakítás. A gép tervezése közben mindenképpen alapvető támpontként szolgálnak a felhasználói igények. A termék és a hegesztés minőségének biztosítása érdekében teljesen mértékben lakkmentesnek kell lennie a hegesztési felületeken. A tekercsvég átmérője a hegesztési hézag biztosítása érdekében lehetőleg 1,5 00,3 mm között legyen, így a tekercs, tekercsvég geometriai méretei biztosítottak legyenek. A berendezés karbantartása, illetve kenése, tisztítása könnyen kivitelezhető legyen. A berendezés beállítása, illetve a különböző terméktípusokra való átállás könnyen kivitelezhető legyen. Különböző terméktípusok és tekercsátmérők csupaszolása és alakítását kivitelezhető legyen a berendezéssel. A berendezés kielégítse a munka és környezetvédelmi követelményeket.
6
Összeségében az alábbi követelményeknek kell a berendezésnek megfelelnie: Csupaszolás 100%-os biztonsággal, paraméterek beállításának egyszerűsége, típusváltás kivitelezése egyszerű legyen, könnyen elvégezhető karbantartás, tisztítása, tekercs geometriai paraméterei ne változzanak a csupaszolás hatására, alakítás közben jól szabályozható geometriát kell biztosítani, egészségvédelmi, környezetvédelmi szempontoknak való megfelelőség. Ezek az igények alapján össze tudjuk állítani a célkritérium rendszerünket. A célkritérium rendszerben az igényeket a fontosságuk alapján súlyozzuk, és számszerű értékekkel kifejezzük. A célkritérium rendszert ezek után egy táblázatban, diagramban ábrázoljuk. A tekerccsupaszoló, tekercsvég alakító berendezés célkritérium rendszerét a d ábra szemlélteti.
d.
ábra: Tekercscsupaszoló, tekercsalakító berendezés célkritérium rendszere[1]
4. Szabadalomkutatás, információgyűjtés A berendezés tervezése során fontos áttekinteni az eddigi megoldási lehetőségeket, megoldási elveket. Ezen kialakítási elvek alapján lehelyezhetjük az alappilléreit a gép konstrukciós kialakításának. A berendezések sokszínűek, ugyanis a piacon is számos szereplő van jelen a kismegszakító gyártásban, mint például a Schneider Electric, Merlin Gerin, Tracon, Legrand, AEG, ABB. A tekercsek, illetve rúgók gyártására jó pár berendezést és kialakítást terveztek a gépgyártó cégek. 7
A legnagyobb gépgyártó cégek a: Bihler, VTG, OKU, Schunk, Wafios. A csupaszolást végző célgépekre nagyon sok variáció és felépítmény jellemző. Azonban legtöbbször kifejezetten cégspecifikus szabadalmak érintik ezeket a berendezéseket. Így a versenytársak konstrukcióiban nagyon nagy eltérések vannak. (pl.: Wafios gépekhez wafios AG szabadalmi csoport). Az említett kismegszakítókban a lakk csupaszítása minden esetben mechanikus úton történik. Így a mágneses rendszerek konstrukciós kialakítása jellemzően megegyezik. Legfőbb eltérést a tekercsek tekercsszámában, illetve a huzalanyag geometriájában, keresztmetszetében, illetve anyagában (eltérő rézötvözetek) vélhetünk felfedezni. A legtöbbször használt konstrukciós kialakítást az e ábra szemlélteti.
e.
ábra: Tekercsalakító, rugógyártó berendezési konstrukciók
A gépek elvi működése minden esetben azonos. A huzalanyag továbbítását görgőpárok biztosítják. A csupaszolást határozott élgeometriájó vágószerszámmal végzik, amely az előtolással egyetemben elvégzi a huzal lakkmentesítését. A huzalanyag alakítását a meghatározott formára egy formaüreg és/vagy formamatrica végzi. (tekercs esetében a forma a nyárs, a matrica a csésze megnevezésű elem) Továbbá szemmel látható az, hogy a tekercsvégek alakítása a legtöbb gépnél a tekercs képlékeny kialakítását megelőzően történik meg. A berendezés tervezése során az új konstrukciós kialakítást, azaz a tekercsvégek félhengeresre alakítását mechanikus, vagy termomechanikus úton végezhetjük. A félhengeres profil elhelyezkedésére a tekercsek végén nagyon pontos szögtűrések vannak, ugyanis a ponthegesztés során biztosítanunk kell a felületpárok között a felfekvést. Ha ezt nem biztosítjuk, akkor a felületi érintkezés helyett vonalmenti, illetve pontszerű érintkezés következik be, amely kedvezőtlen hatással van a hegesztett kötés mechanikai tulajdonságaira.
8
5. Funkcióanalízis, megoldásvázlatok A funkcióanalízis kidolgozása során az elvégzendő feladat megoldási lehetőségeit vázolom fel az előzőekben felsorolt vevői igények, illetve piackutatásom alapján. A funkcióanalízis során a tervezett berendezés főbb funkcionális elemeit megjelölve egy olyan megoldásvázlatot dolgok ki, amelyben a munkafolyamat minden egyes lépése szisztematikusan vázolva van. Az összeállított megoldásvázlatokat rangsorolom az értékelő szempontok alapján és így kiválasztásra kerül a célnak leginkább megfelelő megoldásvázlat. A funkcióanalízis elkészítése során jelöléseket alkalmazok, amelyekkel a berendezés főbb építőelemeit, szerszámat, készülékeit, fontosabb munkafolyamatokat jelölöm. A funkcióanalízishez használatos főbb jelölések a következők:
Rezgőtányér+lineárrezgő
Savazás (kémiai lakkmentesítés)
Áramforrás (aljzat)
Motor+frekvenciaváltó
főkapcsoló
Szabályzó (rezgőtányér, frekvenciaváltó)
Burkolat, plexi
Vezeték (6-8m)
Csupaszoló szerszám (mechanikus lakkmentesítés)
Körasztal, munkaállomások
9
Jó-selejt osztályozó
Tekercstartó (fészek , illetve lineáris vezetősín kialakítások)
Alapanyag tároló
Megfelelő termék tároló
Selejt tároló rekesz
Képlékenyalakító készülék
A megoldásvázlatok elkészítése során a felsorolt jelölésekkel a különböző működési elveket és főbb funkcionális elemeket mutatom be. A következőkben a megoldásvázlatokat szemléltetem, amelyeket ezek után osztályozok főbb szempontok alapján. Az első megoldásvázlatot az f ábra szemlélteti:
f.
ábra: Mechanikus csupaszolás, mechanikus/termomechanikus képlékenyalakítás
Az első megoldásnál egy mechanikus úton megvalósított lakkmentesítés látható. Az alapanyag rezgőtányéron, lineáris rezgőn át jut a körasztalhoz. A körasztalon tekercstartó fészkek vannak, amelyek biztosítják a tekercs pozícióját, miközben a csupaszoló köszörű, szerszám eltávolítja a lakkot a tekercsvégről. A köszörű, kés egy profilos köszörűszerszám, amely meghatározott mélységig és profilra köszörüli, vágja a tekercs végét.
10
A mechanikus lakkmentesítést követően végezzük el a tekercsvég képlékeny alakítását, amelyet elvégezhetünk mechanikus, illetve termo-mechanikus úton is. A folyamat végeztével a körasztalon lévő fészekről eltávolítjuk a csupaszolt tekercset egy szenzoros-kamerás ellenőrzéssel. Mindezt követően egy szortírozó szétválogatja a megfelelő és nem megfelelő tekercseket. A gépet a környezettől külön határolt optokapu védi, amely emberi test érzékelés esetén azonnal leállítja a munkafolyamatot. A g ábrán egy másik megoldásvázlatot szemléltetek:
g.
ábra: Kémiai lakkementesítés, mechanikai/termomechanikai képlékeny alakítással
A második megoldásnál egy kémiai úton megvalósított lakkmentesítés látható. Az alapanyag rezgővezérlőn át jut a körasztalhoz. A körasztalon csapok vannak ellátva a tekercs megfelelő pozícióban tartásáért. A körasztal első munkaállomása a tekercsvégén található lakk kémiai maratását végzi. A savazás végeztével egy szenzor ellenőrzi a savazás eredményességét (ha nem megfelelő, akkor újrasavazás lehetséges). A következő munkaállomáson a tekercsvég képlékeny alakítása történik a megfelelő méretre és geometriára. A folyamat végeztével a csupaszolt tekercset egy munkahenger lelöki egy csúszóvezetéken, ahol a szortírozó elhelyezi a selejtes, illetve jó elemeket. A gépet a környezettől külön határolt optokapu védi, amely emberi test érzékelés esetén azonnal leállítja a munkafolyamatot. A feladat kivitelezésének szempontjai során értékelemzést végzünk az egyes igényekkel kapcsolatban. A következőkben a célnak és alkalmazásnak leginkább megfelelő megoldási elvet választom ki a kidolgozott megoldásvázlatok közül. Az értékelemzés a gyakran alkalmazott súlyozásos módszerrel történik. A felsorolt értékelő szempontokat a tervezőmérnöknek rangsorolni kell, hogy 0÷1 (vagy 0÷100) közötti érétkekkel minősíti az egyes szempontokat olyan módon, hogy az így szétosztott pontszámok összértéke nem haladhatja meg az 1-et (vagy 100-at).
11
6. Értékelés meghatározott értékelő szempontok alapján Főbb értékelő szempontok az értékelemzéshez: Előállított termék minősége, tekercsvégek alakítása: 100%-os csupaszolás és mértpontosság elérése alapvető követelmény a termékre gyakorolt minőség miatt. Illetve fontos az, hogy a tekercsvégek megfelelő alakítását a megfelelő pozícióban, illetve megfelelő méretben végezzük el. Környezet egészség és munkavédelem: A gép működése közben meg kell, hogy feleljen a hatájos környezetvédelmi, érintés és munkavédelmi előírásoknak. Gép könnyű kezelhetősége: A gép kezelésére lehetőleg a lehető legkevesebb beavatkozást igénylő működési elv legyen igaz. A gép kezelése ne okozzon gondot kevésbé kvalifikált felhasználónak. Termelési volumen: A gép termelésbe való beillesztésének ugyancsak alapvető feltétele, hogy megfelelő mennyiségben biztosítsa a termelés számára a szükséges alkatrészeket. Ugyanis a nem megfelelő teljesítmény hátráltatja a további szerelési, gyártási folyamatokat. Karbantartás: Esetleges üzemzavar esetén létfontosságú a felmerült hiba mihamarabbi kiküszöbölhetősége. Helyigény: Lehető legkevesebb helyigény a termelési területből. Termékpaletták közötti gyors és egyszerű átállás: Több termékre való könnyű átállás követve a változó tekercsgeometriai igényeket. A különböző értékelő szempontoknál súlyozni kell a szempontokat. Súlyozás után tudunk döntést hozni a kedvezőbb megoldási lehetőségre. A különböző értékelemekhez eltérő súlyozó tényezőt rendelünk fontosságuk alapján. Az értékelemekhez tartozó súlyozó tényezőket a 1. táblázat tartalmazza. Értékelő szemontok:
Súlyozó tényező:
Termékminőség, tekercsvég alakítása
0,4
Környezet egézsségvédelmi szempontok Kezelhetőség
0,05 0,1
Termelési volumen
0,275
Karbantartás
0,1
Helyigény
0,025
Átállás
0,05
ÖSSZEG:
1 1.
táblázat: Értékelemek és a hozzályuk tartozó súlyozó tényező
Ezt követően a megoldásvázlatokat az értékelő szempontokhoz tartozó súlyozó tényezőkkel osztályozzuk, amelynek értékeit pontskálával adjuk meg (1-től 5-ig/ 1-től 10-ig jellemző skálák). A kritériumoknak való megfelelést, illetve a értékelő szemponthoz rendelt súlyozó tényezőt összeszorozva megkapjuk a legkedvezőbb megoldást.
12
A kedvező megoldás keresésére a 2-ik táblázat ad iránymutatást. Értékelő szemontok:
Súlyzótényező:
V1
SV1
V2
SV2
Termékminőség
0,4
5
2
4
1,6
KEM szempontok
0,05
4
0,2
3
0,15
Kezelhetőség
0,1
3
0,3
5
0,5
0,275
5
1,375
3
0,825
0,1
4
0,4
3
0,3
Helyigény
0,025
4
0,1
3
0,075
Átállás
0,05
4
0,2
2
0,1
Termelési volumen Karbantartás
ÖSSZEG:
1 2.
4,575
3,55
táblázat: Kedvező megoldás keresése a megoldásvázlatok és az értékelő szempontok pontszámai alapján
A táblázat első oszlopában a 2-ik táblázatban szereplő kritérium szerinti pontszámokat, második sorában a hozzájuk tartozó súlyozó tényezők szerepelnek. Ezt a két értéket összeszorozva kapjuk a megoldás kritérium szerinti értékét. A táblázatban a V1-el jelölt oszlop a mechanikus lakkmentesítést és mechanikus/termomechanikus alakítást kritérium szerinti értékét tartalmazza. A V2-vel jelölt oszlop a kémiai lakkmentesítést és mechanikus/termo-mechanikus alakítás kritérium szerinti értékét tartalmazza. Az SV1, illetve SV2 oszlopok a különböző megoldásvázlatokhoz rendelt súlyozó tényező és az értékelő szempontok súlyozó pontszámainak szorzatát tartalmazza. Az a megoldásvázlat lesz a kedvezőbb számunkra, amelynél az SV1, SV2 oszlopok végén az összegzett érték a nagyobb lesz. Az értékelő táblázatban az első megoldásvázlat kialakítása lett kedvezőbb. Ez a mechanikus úton elvégzett lakkmentesítés és mechanikus/ termo-mechanikus tekercsvég alakítását fedi le. Ennek a megoldásnak előnye az, hogy a mechanikus csupaszolópofák méretre való beállítása könnyebben kivitelezhető. Illetve termelékenyebb eljárás a mechanikus csupaszolás, mint a kémiai úton végzendő lakkmentesítés. A második megoldási mechanizmus legfőbb hátránya, hogy a lakkmentesítés sebessége, illetve pontossága nagy mértékben függ a környezeti hőmérséklettől, a lakk-sav összetételétől. A felületen az esetleges retúrsav problémát okozhat a hegesztési folyamatok kivitelezésénél.
13
7. Konstrukcionális tervezés A megoldásvázlatok értékelése alapján így egy mechanikus lakkmentesítéssel, valamint képlékeny alakítással ellátott célgép tervezése a feladatom. A tervezés során el kell készítenem a kereskedelmi forgalomban nem kapható alkatrészek CAD testmodelljét, valamint műhelyrajzát. Ki kell választanom a megfelelő anyagminőséget az alkatrészekhez. A kereskedelmi forgalomban kapható alkatrészekről, valamint építőelemekről az alkatrészlistában a lehető legrészletesebb leírást kell adnom. Valamint a berendezésen leginkább igénybevett elemen végeselemes szimulációt kell végeznem. Így a képlékenyalakító szerszámról, valamint az alakítás közben bekövetkező szerszámdeformációról a lehető legtöbb információt kell adnom. A gépalkatrészek konstrukcionális tervezését SolidEDGE V20 megnevezésű CAD programban végzem, az érintett képlékenyalakító szerszám végeselemes szimulációját ANSYS 14.5 programmal végzem. A tervezés során a berendezés főbb építőelemeit külön egységként kezelve tervezem meg és a külön egységekhez csatolok egy alkatrészlistát, amelyben mind a tervezett, mind a kereskedelmi forgalomban található elemek is fel lesznek tüntetve. A konstrukciós terv bemutatása során az alakítani kívánt termék életútját követkve mutatom be a tervezett berendezést, így a konstrukciós tervezés bemutatása során a következő elemeket mutatom be: - Célgép körasztal, valamint annak építőelemei, - Kör, lineáris rezgőadagoló rendszer, - Tekercsberakó és tekercsforgató állomás, - Tekercscsupaszoló berendezés, - Tekercs képlékenyalakító állomás, - Tekercskirakó, selejtválogató állomás.
7.1. Tekerccsupaszoló célgép körasztal A tekeccsupaszoló berendezés alapeleme az asztal, valamint a megfelelő pozíciót tartó körasztal. A körasztal azon felül, hogy az összeszerelés során a megfelelő pozíciókat biztosítja, az állomások megtartásáért, valamint pozícióban rögzítésért is felelős. A körasztal meghajtásért egy léptetőmotor, vagy egy fékes motor szolgál. A körasztal megfelelő pozíciójának méréséhez encoder alkalmazása szükséges. A megfelelő pozíció elérése után az encoder visszajelzést küld a motorvezérlőnek. Ezt követően pedig a motorvezérlő jelet ad a motorféknek és lefékezi a motort. A körasztal meghajtására minden esetben 3 fázisú asszinkronmotort alkalmaznak, amelynek meghajtási sebességét frekvenciaváltó alkalmazásával szabályozhatjuk. Természetesen a meghjatás sebességét a frekvenciaváltón kívül a motor és körasztal között beépített hajtómű segítségével is szabályozhatjuk. A tekerccsupaszoló gép körasztalát a h képen láthatjuk.
14
h.
ábra: Összeszerelő fészkes körasztal, asztal
A körasztal befoglaló méretei: 1800mm x 1800mm x1800mm, valamint a forgórész egy 600mm-es forgó elem. A forgó elem egy szabványos Weiss SR600-os körasztal, amelyen kialakításra kerül a 7 fészek. A frekvenciaváltó kiválasztása során tekintettel voltam arra, hogy egy jól szabályozható és könnyen kezelhető frekvenciaváltó épüljön be a célgép vezérlésébe. A frekvenciaváltó legfőbb funkciója, hogy a háromfázisú asszinkronmotor eltérő frekvenciagörbéjű árambetáplálást kapjon. Ezek az eltolt frekvenciagörbék a motor meghajtási sebességét torzítják, így szabályozzák a körasztal mozgási sebességét. Valamint mindenképpen egy gyakran használt frekvenciaváltó típus kiválasztás volt a cél, ugyanis a vezérlés elemei a hosszútávú használat során elévülnek és így csereszavatoságguk korlátozódik. Így esett a választás a Bosch Rexroth álltal forgalmazott EFC 3600 típusú frekvenciaváltóra. A frekvenciaváltót az i ábrán láthatjuk.
i.
ábra: Bosch Rexroth EFC 3600 frekvenciaváltó
15
A motor kiválasztása során egy nagyteljesítményű fékes motor beépítése mellett döntöttem. Valamint figyelemmel kellett lennem a gyártók által garantált forgási szögeltérésre. Ugyanis a nem megfelelő szögpozíciók az összeszerelő állomások pontatlanságát okozzák, amellyel nem megfelelő terméket gyártunk, legrosszabb esetben a körasztal pontatlanságok az állomások meghibásodását, törését okozhatják. A körasztal mozgatásához mindenképpen egy nagyperemes direkt kihajtású mechanikus fékes 3 fázisú asszinkronmotort választottam. A körasztal és a motor között mindösszesen egy két fogaskerékből álló hajtóművet építek be, amelyre a motor forgórészében elhelyezkedő tengelyt retesztkötéssel csatlakoztatok. Így a motor kiválasztás során fontos szempont volt, hogy a forgórészben milyen tengely van elhelyezve. Ugyanis a forgórész tengelye a folyamatos használat során állandó csavarónyomatéknak és fárasztó igénybevételnek van kitéve. A motor féke a forgóoldali tengely behajtó oldalával ellentétes oldalon van elhelyezve, amely elektromágnesek sokaságából áll. Ezek az elektromágnesek a megfelelő áramérték hatására direkt fékhatást fejtenek ki a motor tengelyére. Mindezeket összefoglalva egy Georgii Kobold 7413-1A MB/S16/S118 típusú motorra esett a választás, amelyet a j. ábrán láthatunk. A motor főbb adatai: Nyomaték integrál tengerkapcsolóval: 10fokozat/215Nm 3fokozat/115Nm Három fázisú asszinkron motor teljesítménye: 0,03kW-7kW Motor fék: 0,09kW-4kW Fordulat: 12ford/min (60Hz)
j.
ábra: Georgii Kobold 7413-1AMB/S16/S118 háromfázisú fékes asszinkron motor
A körasztal megtervezése, valamint a meghajtásért felelös alkatrészek kiválasztása után kezdhetünk neki az alapzaton elhelyezkedő állomások megtevzésének. 7.2. Kör, lineáris rezgőadagoló rendszer A rezgőadagolás egy jól megszokott adagolási forma az automatizált gyártóeszközök terén. Ennek az adagolási módszernek sok előnye van, amelyet a tömeggyártás ki tud használni: - Egy feltöltés után a gyártócella, gép huzamosabb ideig működőképes anyagfeltöltés nélkül, 16
-
az adagolandó alkatrész az adagolás közben megközelítőleg mindig ugyan olyan pozícióban érkezik a lineáris rezgősín végére. nincs gemoetriai, valamint méretakadálya az adagolásnak, a rezgés szabályozhatóságával tetszőleges módon tudjuk ellátni a gyártóberendezést, gyártócellát.
A rezgőadagoló vezérlése, valamint a rezgőmechanizmus egy készen megvásárolható egység. A rezgőtányér, valamint a rezgősín azonban egyedileg technologizált, amely rettentő nagy tapasztalatot, valamint szaktudást igényel. A rezgővezérlők, valamint rezgőmechanika elemeit egy jól ismert márka termékeként építem be. AFAG rezgőmechanikát, valamint rezgőbunkert építek a rendszerbe. A rezgőadagoló renszer teljes egészét a k ábra mutatja be.
k.
ábra: Mágneses rezgőadagoló rendszer
A rezgőadagoló elvi működésének alapja az, hogy három köteg rúgóhoz csatlakozó elektromágnes eltérő értékű elektromos áramerőséget kap, így az rezgéseket kelt az adagoló medencében. A rezgés intenzitása az áram hullámhosszának változtatásával szabályozható, amelyet a rezgőadagoló integrált vezérléssel állíthatunk be. Ez az elektromágnes egy burkolatban foglal helyet, amelyre vagy a medence, vagy pedig a lineár mint egység van felszerelve. Jelen esetben a rezgő mechanikus része az ábrán XXIII. számmal jelzett AFAG LF-11-2/14 egység. A rezgő medencében felfelé ívelő spirális pálya helyezkedik el, amely pálya lehet merőleges a medence falára, vagy szöget is zárhat be azzal.
17
A rezgőadagoló rendszer rezgésamplitudóját állandó jeleggel változtatni kell annak függvényében, hogy milyen szinten van feltöltve a rezgőmdence. Ha a medence megközelítőleg teljes töltöttséggel rendelkezik, akkor elég a rezgő rendszert alacsony amplitúdón rezgetni. Ha a rendszerből elkezd fogyni az alkatrész, akkor a gyorsabb adagolás érdekében célszerű növelni az amplitúdó számán. A rezgés amplitudószámát szabályohatjuk egy a rezgőrendszerhez integrált kézi szabályozású rezgővezérlővel, valamint automata töltöttség visszajelzőkkel is. A töltöttségvisszajelző rendszer jellemzően egy szenzorra erősített karos egység, amely jelen esetben az ábrán XV. számmal jelzett AFAG H7-300-H8-540 töltöttségvisszajelző rendszer. A töltöttségvisszajelző érzékelő egysége a medence alatti burkolatban van elhelyzve, amely szabályozza a rezgőegység éppen szükséges amplitudó értékét. Abban az esetben, ha a rezgőrendszerben nagy mennyiségű anyagot akarunk tárolni, mert nagy darabszámra van szükség egy műszakban, vagy az anyag ömlesztett jellege miatt könnyen adagolható öntéssel, akkor jellemzően alkalmazák az ún.: rezgőbunkert. A rezgőbunker a rezgőmedence fölött elhelyezkedő egység, amelyben egy teljes medencényi töltést a további gépműködtetéshez fel tudunk halmozni. Jelen esetben az ábrán az I. számmal jelzett AFAG H277-2-14 rezgőbunkert alkalmazzuk. Miután az anyag a rezgőmedence felső kifutú pályájához ér az alkatrész az életútját a lineáris rezgősínen viszi tovább. A rezgősínen az alkatrészek a kívánt pozícióban követik egymást.
l.
Lineáris rezgő, termékpálya a lineáris rezgőbe- szenzoros ellenőrzés
18
A termék adagolása során meg kell győződnünk arról, hogy a termék a kívánt pozícióban a lineáris rezgőben mozog, erre különböző szenzorelemeket alkalmaznak. Jelen esetben az erre a célra gyakran alkalmazott az ábrán XXIV. számma jelölt Peperl Fuchs vt18-8-400 diffúziós fotoelektronikus szenzort alkalmazunk. Ezen kívül gyakran alkalmaznak még Keyence lézerszenzorokat is. A rezgőadagoló rendszert egy kompakt és jól összeilleszthető MiniTECH 45x45 aluminuim profilokra lett építve, amelyeket 45mm széles GD-Z sarokelemekkel fogattam össze. A 3. táblázatban a k. ábrán szereplő építőelemek tételjegyzékét lehet megtalálni, ahol szerepeltetem mind a saját tervezésű, mint a kereskedelmi forgalomban kapható kunstrukciós elemeket. Számozás
Megnevezés
Darabszám
Anyagösszetétel
I.
AFAG H277-2-14 rezgőbunker Rezgőbunker tartóplatni Minitech 45x45x406mm Minitech GD-Z 45° sarokelem Rezgőbuner tartóalapzat Minitech 45x45x1265mm Minitech 45x45x510mm Minitech M8 lábazat
1db
-
Rajzszám/ cikkszám 15118141
1db
A38
GE-RR01
2db
-
20.1063
54db
-
21.1349
1dv
A38
GE-RR02
4db
-
20.1063
10db
-
20.1063
9db
-
21.2053
Minitech 45x45x230mm Minitech 45x45x855mm Minitech 45x45x733mm Rezgőmedence tartó alapzat AFAG Rezgőmedence rezgetőegység Rezgőmedence
2db
-
20.1063
4db
-
20.1063
4db
-
20.1063
1db
A38
GE.RR03
1db
-
11012109
1db
CrMn16
GE-RR04
XV.
AFAG rezgő töltöttség visszajelző H7-300-H8-540
1db
-
XVI.
Lineáris alsó felső egység Lineáris rezgőtartó egység Minitech 45x45x1265mm Minitech 90x45x1040mm Minitech 45x45x1790mm
2db
CrMn16
1db
CrMn16
15116039 50030972 50033675 11017613 GE-RR05 GE-RR06 GE-RR07
2db
-
20.1063
1db
-
20.1032
1db
-
20.1063
II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. XIII.
XIV.
XVII. XVIII. XIX. XX.
19
XXI. XXII. XXIII. XXIV.
XXV. XXVI.
Lineáris rezgő 1db A38 tartóplatni Lineáris rezgőegység 1db A38 barnítva tartóbak AFAG LF11-2-14 1db lineáris rezgő Peperl Fuchs vt18-82db A 38 barnítva 400 szenzor szenzortartó bilincs Lineáris rezgőtartó 2db K1 edzve platni Minitech 2db 45x45x125mm 3. táblázat: Mágneses rezgőrendszer építúelemei
GE-RR07 GE-RR08 11005757 31098 cikk GE-RR09 GE-RR10 GE-RR11 20.1063
A tekercsadagoló rezgő lineáris részéhez, valamint rezgőtányérjához ugyancsak szükséges egy rezgésvezérlő beépítése. Ezzel a rezgővezérlővel lehet a rezgés amplitudóját szabályozni. Mind a rezgőtényérhoz, mind a lineáris rezgőhöz egy népszerű Fimotec Fischer FR16-os rezgésvezérlőt építek be. Erről a rezgővezérlő típusról az m ábrán láthatunk képet.
m. ábra: Fimotec Fischer FR16 rezgővezérlő
7.3. Tekercsberakó és tekercsforgató állomás A tekercsberakó állomás feladata az alkatrészek lineáris rezgősín végéről való elmozgatása a körasztal fészkeibe. Mindezt természetesen úgy kell elvégezni, hogy az összeszerelő fészekbe az alkatrész már a kívánt pozícióba érkezzen. Így a tekercsberakó állomás rendelkezik a legnagyobb mennyiségű mozgóalkatrésszel. A tekercsek a lineáris rezgősín végén az összeszerelés szempontjából nem megfelelő pozícióba érkeznek. Így a lineáris sín és a körasztal között a tekercseket megfelelő pozícióba kell forgatnunk. Gyakori eset azonban az, amikor a gépen kialakított rezgősínt úgy alakítják ki, hogy az alkatrészek megfelelő pozícióban érkezzenek, így a megmunkálás a rezgősín meghosszabbított szakaszán történik. 20
Ezt sajnos a berendezés összetett mozgássorozatai nem engedik meg számunkra. A tekercsberakó felépítéséről az n ábra ad bemutatást.
n.
ábra: Tekercsberakó és tekercskiforgató állomás
A tekercsberakó és tekercsforgató állomás alapja a IC számmal jelölt AFAG PMC-C 300 lineáris gerenda. Ezen van elhelyezve a CI számmal jelölt gerendaátrakó tartóelem. A gerendatartó elemen van elhelyezve 3db AFAG CS8-30-SD kettős megvezetésű munkahenger. Ez a 3 henger felelős a tekercsberakó állomások vertikális mozgásáért. Az AFAG CS8 munkahengerek végén helyezkedik el a CIII számmal jelölt munkahenger közdarab és a CIV számmal jelölt AFAG GMK20-K megfogó. A tekercsberakó állomás működtetése közben az AFAG PMC-C 300 lineáris gerenda a kívánt véghelyzetbe áll. Majd ezt közetően a gerendatartó elemen elhelyezett AFAG CS8-30-SD munkahengerek alsó véghelyzetbe mozognak és a rajtuk elhelyezett AFAG GMK20-K megfogók rázárnak az ülékekben elhelyezett tekercsekre. Ezt követően a AFAG CS8-30-SD munkahengerek felső véghelyzetbe mozdulnak. A folyamat legvégén az AFAG PMC-C 300 gerenda a másik véghelyzetébe mozdul el és a folyamat újraindul.
21
o.
ábra: Tekercsberakó, tekercsforgató állomás ülékek
A tekercseket, miután az AFAG lineáris gerenda a megfelelő pozícióba ér, az AFAG GMK20-K megfogó elengedi, és az n. ábrán szereplő ülékekre helyezi. A tekercsek ülékre való felhelyezése után a tekercset a megfelelő pozícióba kell forgatni. Erre az m. ábrán CVII számmal jelölt Festo DSNU-16-10 munkahenger, valamint a rajta elhelyezett állítható hosszúságú Festo CRSGS-M6 gömbcsukló szolgál. A tekercsberakó állomáson elhelyezett második ülék funkciója az, hogy a körasztalon elhelyezett ülékekkel azonos kialakítással rendelkezik. Így a kisebb szögeltéréseket, pozícióeltéréseket ez az ülék korrigálja. A tekercsberakó és tekercsforgató alkatrészeket a 4. táblázat tartalmazza: Számozás
Megnevezés
Darabszám
Anyagösszetétel
IC.
AFAG PMC-C 300 lineáris gerenda Minitech 45x90x1040mm profil Gerenda átrakó tartó
1db
-
Rajzszám/ cikkszám 80151544
2db
-
20.1032
1db
A38 barnítva
GE-BR01
AFAG CS8-30-SD munkahenger Átrakó megfogó munkahenger köztes elem AFAG GMK20-K megfogó Tekercsbeforgató alaplap keskeny Tekercsbeforgató alaplap széles Festo DSNU-16-10 munkahenger Tekercsbeforgató, tekercsberakó alapfészek Minitech GD-Z 45° sarokelem
3db
-
50035820
3db
A38 barnítva
GE-BR02
3db
-
11010494
1db
A38 barnítva
GE-BR03
1db
A38 barnítva
GE-BR04
1db
-
1908259
2db
K1 edzve
GE-BR05 GE-BR06
4db
-
21.1349
C. . CI. CII. CIII.
CIV. CV. CVI. CVII. CVIII.
CIX.
22
CX. CXI. CXII. CXIII.
Lineáris rezgő 1db K1 edzve összekötő lap AFAG RM16-DW1db 50HUB Mágnes pneumatikus 1db A38 barnítva forgató tartó Mágnes pneumatikus 2db A38 barnítva forgató tartóoszlop 4. táblázat: Tekercsberakó és tekercstartó építőelemei
GE-BR07 11001697 GE-BR08 GE-BR09
7.4. Tekerccsupaszoló állomás A tekercsalakítás megoldására az első funkcióvázlat alapján egy mechanikus csupaszoló állomást részesítettem előnyben a vegyi lakkmentesítéssel szemben. Ennek alapja a megoldási vázlatok pontszámozását mutató 2. táblázat. A tekercs csupaszolására egy váltóáramú frekvenciával üzemeltetett elektromos motort alkalmazok, amelyet a j. ábrán XXXIV. számozással szerepeltetek. Ez a motor egy zimm 90-p4 elektromotor. A motor legfőbb adatai: - Motorteljesítmény: 2,2kW - Fordulatszám: 1400ford/min - Nyomaték: 15,2Nm - Tömeg: 17,5kg Az elektromotor kihajtó tengelyére helyeztem fel egy sziromnak nevezett egységet, amelyet az ábrán XXXV sorszámmal jelöltem. A sziromra illesztettem a lapkatartókat, amelyet az ábrán XXXVII számmal jelöltem. Ez a lapkatartó mindösszesen egy perselyezett csavarral van rögzítve a szirmon, amely kényszerezés hatására a csavar körül a lapkatartó egység el tud forogni. A lapkatartók egyik végére Coromat Sandwick 34 trigonlapkákat helyezek fel, a másik végére pedig NSK csapágyat helyezek el. A villanymotorra egy palástot erősítek, amely a lapkatartó elforgását kényszerezi, ábrán XXXIX-es sorszámmal. Így az nem fordulhat tovább a palástfelülettől. Az elektromotort egy AFAG 64-25 lineáris megvezetésű munkahengerrel mozgatom, amelyet az ábrán XXX sorszámmal jelölök. A villanymotor további megvezetésére Hiwin MGN 12 HH lineáris golyóskocsit építek be (XXXII) a motot-munkahenger felfogatóplatnija között (XXXIII). Az AFAG munkahengert egy munkahenger tartó házban rögzítem, amelyet az ábrán a XXIX számmal jelöltem. A munkahengert, valamint a munkahenger álltal mozgatott villanymotort rögzítőlábakra illesztem, amelyet a célgép asztalára illesztek. A tekerccsupaszoló egység robbantott ábráját a p. ábra mutatja be.
23
p.
ábra: Tekerccsupaszoló állomás robbantott ábra
A tekerccsupaszoló motor mozgatásáért egy AFAG munkahenger felel, amelyre golyóskocsikat rögzítettem a villanymotor megfelelő megvezetéséért. A golyóskocsi vezetősín részét a munkahengerhez rögzítettem egy köztes elemmel, amelyet a p. ábrán a XXXI számmal jelötem, a kocsi részét pedig a munkahenger-motor összekötő elemére rögzítettem. Ennek a golyóskocsi megvezetés bemutatására szolgál a q. ábra.
q.
ábra: Golyóskocsi megvezetés a munkahenger-elektromotor között
A csupaszoláshoz a mechanikus energiát a zümm villanymotor biztosítja, valamint az előtolást az AFAG pneumatikus munkahenger. A fogásmélység biztosításához a villanymotor forgása során keletkezett centrifugálsi erő, valamint palástkényszerezés lett alkalmazva. A lapkatartó egyik végén egy csapágy van elhelyezve, amely biztosítja a lapkatartó elforgását a paláston. A lapkatartón elhelyezkedő csapágy biztosítja azt a plusz súlyt, amely a centrifugális erőt generálja. Így a lapkatartó elfodul egy tengelyen, amelyet a sziromra rögzítek. A lapkatartó elmozdulását fogás irányba a r. ábra mutatja be.
24
r.
ábra: Lapkatartó szirmok elfordulása a centrifugális erő hatására, lapkatartó ütköző palást
A csupaszoló állomás működése során a villanymotor működése szakaszos. Először a munkahenger alsó véghelyzetben áll és ekkor a tekercs lába szétnyitja a lapkatartó elemeket. Majd a villanymotor elindítása során a lapkatartó rázár a tekercsvégre a centrifugális erő hatására. A munkahenger felső végállásba mozgása során a tekercsvég csupaszolása megtörténik. A csupaszolt tekercs geometriai végkialakítását egy kamerás ellenőrző rendszer ellenőrzi. Számozás
Megnevezés
Darabszám
Anyagösszetétel
XXVII
Tekerccsupaszoló alsó lábazat
2db
A38
Rajzszám/ cikkszám GE-CS01
XXVIII
Tekerccsupaszló felső lábazat
2db
A38
GE-CS02
XXIX
Munkahenger tartó ház
2db
A38
GE-CS03
XXX
AFAG HM 64-25 munkahenger Golyóskocsi tartó sín Hiwin MGN 12HH golyós kocsi Motormunkahenger felfogóplatni
2db
-
80577544
4db
A38 barnítva
GE-CS04
4db
-
2db
A38 barnítva
XXXI XXXII XXXIII
25
GE-CS05
XXXIV
XXXV XXXVI
XXXVII XXXVIII XXXIX
Zümm 90-p4 váltóáramú elektromotor Felfogó szirom
2db
-
EO9Y47Y2NH
2db
K1 edzve
GE-CS06
SKF 6800-1-12 egysoros mélyhornyú golyós csapágy Lapkatartó
6db
-
6008 NRJEM 1-12
6db
K1 edzve
GE-CS07
Coromat sandvick 34 trigonlapka Motor palást
6db
-
2db
K1 edzve
WNMG 332-LC 4325 GE-CS08
5.
táblázat: Tekercsvég csupaszoló állomás tételjegyzék
A villanymotor tartóoszlopának kihajlását végeselemes szoftware segítségével ellenőriztem, ezzel megbizonyosodtam arról, hogy a tartóoszlop elhajlása nincs kihatással a csupaszolás minőségére. A tartóoszlopokra egy nyomaték hat, ugyanis a motor tömegközéppontja, valamint a tengely középvonala távol esik egymástól. A távolságot lemérve a s. ábrán láthatjuk a két pont távolságát, amely 0,163m.
s.
ábra: mozgató motor tömegközépontjának távolsága a tengely középvonalától.
7.4.1. Tekerccsupaszoló állomás végeselemes analízise A végeselemes programban a tengelyre egy nyomatékot helyezek, amelyhez szükséges ismerni a motor tömegét. A beépített zümm p4-90 elektromotor tömege 27kg, amelyből a nehézségi erőtér 9,81 m/s nehézségi gyorsulási erővel átszámolva 264,9N erőt kapunk. Ezt, valamint az erőkar hosszát összeszorozva megkapjuk a tartótengelyre ható nyomaték pontos értékét: M 264,9 N 0,1623m 43Nm 2
26
A végeselemes szoftware-ben a modelre ráhelyezzük a motor súlya álltal generált tengelyre ható erőt. Valamint azt a nyomatékot, amely motor tömegközéppontja-tartó tengely középvonala közötti különbségből ered. A modelre helyezett erőt, valamint nyomatékot szemlélteti a t. ábra.
t.
ábra: Tekerccsupaszoló tartóoszlopra ható terhelőerő, valamint nyomaték (ANSYS 14.5)
A modellre az erőt, valamint a nyomatékot felhelyezve el tudunk végezni egy elemzést. Ebben az elemzésben láthatjuk azt, hogy a tekerccsupaszoló egység tartóoszlopának maximálsi lehajlása mindösszesen 0,373mm. 27
Ez az érték a tekercsvég leforgácsolása során képez szemmel nem látható deformációt, azonban ez nem lesz hatással a hegesztett kötés minőségére. A deformáció mértékének bemutatására az u. ábra szolgál.
u. ábra: Tekerccsupaszoló egység tartóoszlop lehajlása a motor súlyának hatására
7.5. Tekercsvég képlékenyalakító állomás A képlékenyalakító állomás egy réztekercs végét alakítja meg úgy, hogy annak az egyik oldala hengeres, a másik oldala pedig lapított legyen. A lapítás a hegesztett kötés varraterősségének javítására szolgál, valamint ezzel lehet csökkenti a tekercs átmérőjét annak megfelelően, hogy az könnyebben szerelhető legyen a kismegszakítóba.
v.
ábra: Tekercsvég kívánt formája a technológia visszajelzése alapján, valamint a beépített tekercs
A képlékenyalakító állomás felépítését a w. ábra szemlélteti, amelyben fel vannak tüntetve az építőelemek. Az állomás az ábrán munkahelyzetben, azaz zárt pozicióban van. 28
w. ábra: Tekercsvég képlékenyalakító állomás
A képlékenyakító állomás legfőbb motorja az AFAG HM lineáris megvezetésű pneumatikus munkahenger (XLII). Ez a munkahenger szolgál az alakítás erőszükségletének biztosításához. A munkahengert egy felfogató platnira (XLI) építjük, amely négy lábazaton (XL) áll. A lábazatokat 4db M8x20-as 8.8 szilárdsági osztályzatú csavarral rögzítjük a talapzatra. Az alakító pofák zárását a lineáris munkahenger előre mozgatása biztosítja. A munkahenger mozgása során az alakító pofák éleit egy kényszerbe (LII), valamint az arra felszerelt FAG 6008 csapágyba (LI) ütköztetésével végezük el a szerszám zárását. Ezzel biztosítjuk az alakító pofák megfelelő pozícióba való beállását, valamint ezzel eredményezzük azt, hogy a pofák erőt fejtsenek ki a tekercsvégen. A szerszám zárása során a pofákon a kényszer hatására erő hat, amely összezárja a szerszámpofákat, valamint ellenerőként hat a munkahengerrel szemben. A szerszámpofák zárása során a réztekercs alakítása során zömül és alakváltozik. Ez az alakváltozás ugyancsak ellenerőt fejt ki a pofákra a kényszeres ütközőkön keletkezett erőkkel szemben. Az x. ábrán az alakító rendszer alaphelyzetben van, azaz a szerszámpofák nyitottak. A szerszámpofák nyitásáért egy torziós rúgó felel, amelyek az alakító pofákon (XLVI-XLVII), valamint a alakító pofatartó csapokba (XLVIII-IL) van akasztva. A munkahenger, valamint az alakító pofák rögzítésére, valamint erőátadásra az alakító szerszám-munkahenger összekötő (XLIII) szolgál. A szerszám nyitott állapotáról az y. ábra ad bemutatást. 29
x.
ábra: Mágnestekercsvég lapító állomás nyitott állapotban
A mágnestekercs képlékenyalakító állomás építőelemeit egy tételjegyzékbe rendezem, amelyekben a w. ábrán alkalmazott római számozással való jelölést alkalmazom. Számozás
Megnevezés
Darabszám
Anyagösszetétel
XL
8db
A38 barnítva
2db
A38 barnítva
GE-KA02
2db
-
80577544
2db
A38 barnítva
GE-KA03
XLIV
Alakító állomás tartóoszlop Alakító állomás tartóplatni AFAG HM64-25 munkahenger Alakító szerszámmunkahenger összekötő Alakítópofa tartó felső
Rajzszám/ cikkszám GE-KA01
2db
K1 kéregedzve
GE-KA04
XLV
Alakítópofa tartó alsó
2db
K1 kéregedzve
GE-KA05
XLVI
Alakító pofa bal
2db
GE-KA06
XLVII
Alakító pofa jobb
2db
GE-KA07
XLVIII-IL
Alakító pofa torziós rúgótartó csap Alakító pofa ütköző pogácsa SKF 6008 egysoros mélyhornyú csapágy Alakító pofa ütköző
4db
K1 kéregedzve
GE-KA08
4db
A38
GE-KA09
4db
-
6008 NRJEM
2db
K1 kéregedzve
GE-KA10
XLI XLII XLIII
L LI LII
6.
táblázat: Tekercsvég képlékenyalakító állomás tételjegyzék
A gép működése és a termék minőségének megfelelősége szempontjából elsődleges fontosságú a tekercsvég képlékenyalakító állomásának megfelelő kialakítása. Itt ugyanis a szerszám negatív lesz maga az alakított tekercsvég. 30
7.5.1. Tekercsvég képlékenyalakító állomás végeselemes analízise Ha a tekercslapító állomás túl nagy alakváltozáson megy keresztül az alakítás során, akkor nem tudjuk tartani a tekercsvég rajzi méreteit. Így érdemes elvégezni ennek az állomásnak is a végeselemes modelezését az Ansys 14.5 végeselemes program segítségével. Az alakítás során a fellépő erők mellett az alakítófelületeken konvekciós hőátadást is feltételezek, amely a réz képlékenyalakítása során keletkezik az alakító szerszámfelületeken. Az y. ábrában szemléltetem azt, hogy milyen irányú erők lépnek fel az alakítás során. A munkahenger, valamint a kényszer által generált erőt piros színnel jelölöm az ábrán. A tekercsvég alakítása által keletkezett ellenerőt pedig zöld színnel jelölöm az ábrán.
y.
ábra: Tekercsalakítás közben keletkezett erők
Az AFAG MH pneumatikus munkahenger 6 bar nyomáson összesen 1197N erő kifejtésére képes. Ez alapján meghatározhatóak a keletkezett reakcióerők. A z. ábrában szemléltetem a keletkezett erőket, valamint azok egyensúlyát, illetve itt határozom meg az egyes erőkomponenseket.
z.
ábra: Erőhatások az alakítópofa külső oldalain a munkahenger által kifejtett erő hatására
31
Így tehát a modellalkotás során fel tudjuk venni azt, hogy milyen erők hatnak az egyes testeken. A y. ábrán zöld színnel jelölt erő értéke megegyezik az z. ábrán szereplő F2x erő értékével, így annak nagysága 536N lesz a modellalkotás során. A keletkezett reakcióerők melett a képlékenyalakítás hőmérsékletváltozással is jár. Alakítás során a diszlokációmozgás hatására a réztekercs végén hő fejlődik, amely hő a képlékenyalakító pofákon szuperponálódik. A réztekercs alakítása során azzal a feltételezéssel élek, hogy a tekercslapító pofán a maximális hőmérséklet meghaladhatja a 100°C-ot is. Jelen esetben 130°C értéket használok a végeselemes analízisem során. Az analízishez nem használhatom a teljes állomás modelljét, ugyanis azt a rendszer nehezen kezelné, valamint a hálózás során számos probléma merülne fel csomópontok sokasága miatt. Az analízis során összesen két elemét fogom az alakító állomásnak vizsgálni. Az első részben a tartóplatni és a lábak szerelvényét fogom vizsgálni. Ekkor azt vizsgálom, hogy milyen mértékű lesz a a tartólábak deformációja a keletkezett erő hatására. Ehhez az aa. ábrán szereplő modellt fogom alkalmazni.
aa. ábra: Alakító állomás tartóplatni egyszerűsített modell
A tartóplatni végeselemes modellezéséhez mindenképpen szükséges behálózni a vizsgált elemeket. A behálózási folyamat során a tartólábak kihajlásának vizsgálata fontosabb, így annak a hálózásánál arra törekszem, hogy több csomópontot alkossak, mint a tartóplatni hálózása során. Így a csomópontok számát csökkentettem a tartóplatninál. A hálózás bemutatására a bb. ábra szolgál.
32
bb. ábra: Tartóplatni végső hálózása
A modellalkotást, valamint a hálózást követően el kell helyezni a modellen a kényszerezést-befogást. A tartóplatnit a lábakon rögzítjük, amely lábakat a célgép asztalához csavarozzuk. Így a befogást a lábak csavarozási pontjainál kell felvennem. Ennek a kényszernek az elhelyezését a cc. ábra szemlélteti.
cc. ábra: Tartóplatni lábak lefogásának modellezése
A modellen a lefogások meghatározását követően mindenképpen el kell helyeznünk a modellt terhelő erőket. A modellben lévő erő az alakítópofák kényszerbe való ütközésekor keletkeznek. Ez egy ellenerő, amely a munkahenger álltal kifejtett erővel szemben keletkezett. A modellen az erőt komponensek segítségével adom meg [N] értékben.
33
dd. ábra: Terhelésirány, terhelésnagyság meghatározása a modellen
A hálózást, valamint a lefogások, keletkezett terhelések meghatározása után a megoldásnál megtaláljuk a tartóplatnit érintő deformáció mértékét. A deformáció mértékét az ee. ábrán találjuk. A deformáció maximális értéke 5,49x10-4 m, amely semmilyen kihatással nincs az alakítás minőségére. Az alakított tekercs végének pozíciója tűrésen belül marad annak ellenére, hogy ilyen mértékű kihajlást szenved az alakítóállomás lábazata.
ee. Deformáció értéke a tartóplatnin az alakítóerő hatására
34
A következőkben a képlékenyalakító pofák, valamint annak felfogatását vizsgálom. Próbálok az optimumra törekedni a felhasznált anyagigényt illetően és törekszem arra, hogy a lehető legkevesebb anyagot felhasználva az alakító pofákhoz biztosítsam a berendezés megfelelő működését. Az előzőekhez hasonlóan itt sem alkalmazhatjuk a végeselemes analízis során a teljes modellt. Egy egyszerűsített modell alkalmazásával kell dolgoznom. Az egyszerűsített modellben szerepel a két alakító pofa, a felső alakító pofa tartó, valamint az alakító pofamunkahenger összekötő elem. Ennek az egyszerűsített modellnek a bemutatására a szolgál az ff. ábra.
ff. ábra: alakító pofa egyszerűsített model
Ahogy az előzőek során láthattuk itt is be kell hálózni a modelt. A hálózás során törekedtem arra, hogy az alakító pofák hálózása a lehető legsűrűbb legyen. A további funkcionális elemek, mint a pofatartó, valamint a pofa-munkahenger összekötő hálózásnál kisebb hálózási sűrűséget alkalmaztam. Így a hálózás során a modellen mindösszesen 18055 csomópont lett.
gg. ábra: Alakító pofa egyszerűsített modell hálózása
35
Ezt követően a modellen fel kell építeni a terheléseket, valamint a felfogatásokat. A felfogatásnál a munkahengerre való felfogatás volt ez elsődleges megfogási pont. Valamint vizsgáltam azt is, hogy milyen a rögzítő csavarok deformációja a az alakító pofa, valamint a pofatartó elemek között. Így a kényszerezést a vizsgálatokhoz a pofa-munkahenger köztes elem munkahengerre rögzített oldalán, valamaint a csapos kényszerezésnél vettem fel, amely körül elfordulnak az alakító pofák. A felvett kényszerek elhelyezését mutatja be a hh. ábra.
hh. ábra: Rögzítés a pofa-munkahenger köztes elem munkahenger felőli oldalán, befogás pofák csavarrögzítésénél
A befogás modellezése után az alakító pofákon el kell helyezni az alakítás hatására kialakuló terheléseket. Az alakító pofák külső oldalán a vele szemben elhelyezett kényeszeren ellenerő keletkezik, amelyet jól bemutat az ii. ábra, ahol ezeket az erőket piros színű nyilakkal vettem fel. Ezeket a terheléseket a megfelelő értékkel el kell helyezni az alkotott modellen is. Ezeknek az erőknek az elhelyezését a modellen mutatja be az ii. ábra.
36
ii.
ábra: Kényszer hatására a pofák külső oldalán keletkező reakcióerők
A jj. ábra azt is jól bemutatja, hogy a pofák tekercsvégre való zárása során keletkezik a pofák furatainak belső oldalán egy ellenerő. Ezt az ellenerőt a jj. ábrán zöld nyíllal jelöltem. Ezeket az értékeket is fel kell vennem a modelalkotás során. Ezeknek az erőknek a felvételét mutatja be a jj. ábra.
37
jj. ábra: Alakító pofák belső terhelései a tekercsvégre való záródás során
Mint ahogy azt már az előzőekben említettem az alakító pofákon a képlékenyalakítás hatására hő is fejlődik az alakító szerszámon. Ez a hő ugyancsak kihatással lehet az alakító pofák deformációjára. Így azzal a feltételezéssel éltem, hogy az alakító pofák alakítást végző felületein a maximális hőmérséklet 130°C lesz. A keletkezett hőfejlődést az Ansys 14.5 program segítségével radiációs hőfejlődésként kezelem a pofákon lévő belső furatokban. Ezt a terhelést a kk. ábra szemlélteti.
kk. ábra: Radiációs hőfejlődés az alakító pofák belső alakító felületein
A hőfejlődés mellett azonban látnunk kell azt, hogy az alakítópofák további környezettel érintkező felületein a pofákon konvekciós hőmérsékletleadás következik be. 38
A konvekciós hőleadás felvételéhez a modellalkotás során azzal a feltételezéssel élek, hogy a külső környezeti hőmérséklet 20°C-os. A konvekciós hőleadást a modellalkotás során az ll. mutatja be. W Az acél hővezetési tényezőjének 25 2 értéket adtam meg a modellalkotás során. m C
ll.
ábra: Konvekciós hőleadás az alakítópofa környezettel érintkező felületein
Az egyszerűsített model hőeloszlását a radiációs hőelvonás, valamint a konvekciós hőleadást követően a mm. ábra mutatja be. A legnagyobb hőmérsékletet az alakítópofa belső oldalán találjuk, ahol a hőmérséklet maximális értéke 20,266°C. Ez nincs jelentős kihatással az alakítópofa deformációjára.
mm.
ábra: Az alakító pofán keletkezett hőmérsékleteloszlás
39
A hőterhelést, valamint a mechanikai terheléssel felépített modell megalkotását követően a „solution” pontban a keletkezett deformáció, valamint a keletkezett egységes feszültségre vagyunk kíváncsiak. Az alakítópofák deformációját az nn. ábra szemlélteti. A maximális deformáció értéke 3,7721x10-6m. Ez olyan kicsiny mértékű, hogy ez nem lehet hatással a képlékenyalakított termék minőségére.
nn. ábra: Egyszerűsített modell deformációja a mechanikai, valamint hőterhelés összegződésének hatására
Az egységes feszültség értékeit a leginkább igénybevett pontokon mutatom be, amely nem más, mint az alakítópofa alakító felülete, valamint az a csaprész, ahol az pofák vannak rögzítve az alsó, valamint felső pofatartó elemekhez. Ezeket az egységes feszültség értékeket az oo., pp., és qq. ábrák mutatják be.
oo. ábra: Egységes feszültség értékei a leginkább igénybevett pontokban
40
pp. ábra: Egységes feszültség alakulása az alakító pofa-pofatartó rögzítő csavarnál
qq. ábra: Egységes feszültség alakító pofa tekercsalakító végén
7.6. Tekercsátforgató egység A feladat során mindkét tekercs végén el kell végezni a csupaszolást és zömítést a rajzi követelményeknek megfelelően. Így a körasztal fix poziciójából a mágnestekercset ki kell venni és meg kell forgatni annak megfelelően, hogy az alakítás számára a mágnestekercs másik oldala is alakítható legyen. Ennek kiszolgálására egy pneumatikus megfogó és forgató egységet alkalmazunk. A szerkezet teljes felépített modelljét a rr. ábrán láthatjuk. 41
rr. ábra: Mágnestekercs megfogó és forgató alegység
A körasztal mozgása során be lehet állítani szögpoziciókat, amelyekből egyet kiválasztva elvégezzük a mágnestekercs átforgatását, feltéve, hogy már az első oldal csupaszolása és alakítása megtörtént. A körasztal megfelelő szögpozicióba állása után a mozgó gerendán lévő mágnestekercs levevő egység megfogója megfogja a mágnestekercset és egy munkahenger segítségével a körasztal fészkéből kiveszi azt. Ezt követően a mozgó gerenda elmozdítja a mágnestekercset a mágnestekercs megfogó forgató egységéhez, amely egy munkahenger által a megfelelő forgatási pozícióba van állítva. A mágnestekercs megfogó megfogja a mágnest és megforgatja azt. Ezt követően a mágnestekercs levevő egység egy munkahenger segítségével lemozdul és átveszi a megforgatótól a tekercset. Ezt követően a munkahenger visszahúzza a gerendához a mágnestekercs levevő egységet. A mozgató gerenda segítségével a mágnestekercset újra a körasztal felé mozgatjuk és ezt követően a mágnestekercs levevő egység visszahelyezi a mágnestekercset a körasztalra. A berendezés működése során sajnos ez az állomás a leglassabb állomás, amely az összetett mozgássorozatuk miatt nem gyorsítható a végtelenségig. Ellenkező esetben a tekercs nem megfelelő pozicióját érjük el, vagy esetleg a gépalkatrészek töréséhez vezethet. Ennek az állomásnak az ütemideje 5,2sec. Ez lesz az irányadó ütemidő a gép működtetése során. Ugyanis a körasztalos elrendezésnek köszönhetően a munkafolyamatok egymástól függetlenül párhuzamosan is folyhatnak. Ezt követően elkészítem a tételjegyzéket, amelyekhez a ss. ábrát alkalmazom. Összesen két alegységet fogok részegységeire bontani.
42
ss. ábra: Tekercsátforgató egység részegységek Számozás
Megnevezés
Darabszám
Anyagösszetétel
LIII
AFAG GMQ-20-2RM25 Forgató golyós kocsi megtámasztó HIWIN MGN-12-HH golyós kocsi Lineáris munkahengerforgató összekötő AFAG CS8-30-SD munkahenger Magneslapito berendezes munkahenger tarto alap Magneslapito berendezes tekercsforgato lab
1
-
Rajzszám/ cikkszám 50094798
1
A38 barnítva
GE-MF01
1
-
1
A38 barnítva
GE-MF02
1
-
50035820
1
A38 barnítva
GE-MF03
6
A38 barnítva
GE-MF04
LIV LV LVI LVII LVIII
LIX
43
LX
1
-
11000105
1
-
20.1063
1
-
20.1063
LXIII
AFAG 200-50-100 lineáris gerenda Minitech 45-45-270 tartógerenda Mintech 45-45-520 tartogerenda Átrakó megfogo rögzites
1
A38 barnítva
GE-MF05
LXIV
AFAG CS8-30-SD
1
-
50035820
LXV
Minitech GD-Z 45° sarokprofil Átrakó megfogo munkahenger köztes AFAG GMK20-K
3
-
21.1349
1
A38
GE-MF06
1
-
11010494
LXI LXII
LXVI LXVII
7.
táblázat: Tekercsátforgató egység tételjegyzék
7.7. Tekercskirakó, selejtválogató egység A tekerccsupaszoló, tekercsalakító egységben a termék életútját követve a körasztal munkaállomásai között a legutolsó egység a tekercskirakó, tekercsszortírozó egység. Ennek az állomásnak a legfőbb feladata a tekercs levétele a körasztalról, valamint a jó, nem megfelelő termékek szétválogatása különböző ládákba. Itt a lehető legegyszerűbb konstrukciós kialakítást kell megoldani. Ugyanis a tekercs levétele a körasztalról egy rendkívül fontos, a megmunkálást befejező folyamat.
tt. ábra: Tekercskirakó, szortírozó egység
44
A tekercskirakó egység a körasztal utolsó, azaz 7-ik állomása. A körasztal utolsó állomásán a megfelelő pozicióba fordulva a kirakó mozgó gerendája (AFAG PS 16-50 HUB40) a körasztal fészke felé mozdul, majd ezt követően a forgató mozgató henger(AFAG CS8 30SDHUB 30) alsó véghelyzetbe mozdul. A forgató mozgató munkehenger végén lévő tekercsforgató egyég (AFAG GMK20K gripper) megfogja a tekercset. Ezt követően a megfogó mozgató henger felső véghelyzetbe áll, majd a kirakó mozgató geranda a szortírozó csúszda fölé viszi a tekercset. Majd a megfogó elengedi a tekercset és beleesik a csúszdába. A csúszdában lévő pillangóhenger pedig annak megfelelően, hogy a tekercs megfelelő, vagy nem megfelelő a csúszdában eltérő csúszdába szortírozza. A kirakó mozgató gerenda lábakkal vannak a körasztalra erősítve. A tekercskirakó és szortírozó a következő elemekből épül fel, amelyeket az uu. ábra bemutat.
uu. ábra: Tekercskirakó állomás építőelemei
A tekercskirakó építőelemeit a 8. táblázat foglalja magába. Ebben a szabványos elemek cikkszámát. A nem szabványos elemek rajzszámát, valamint anyagösszetételét tüntetem fel. Számozás
Megnevezés
Darabszám
Anyagösszetétel
LXVIII
Mágneslapító gép rögzítés rövid alsólap Mágneslapító gép tekercskirakó rögzítés rövid AFAG PS16 50 HUB40 EAL gerenda
1
A38 barnítva
Rajzszám/ cikkszám GE-TL01
1
A38 barnítva
GE-TL02
1
50076867
-
LXIX
LXX
45
LXXI
LXXII
LXXIII
LXXIV LXXV
LXXVI LXXVII
LXXVIII LXXIX LXXX
Mágneslapító 1 A38 barnítva kirakó állomás rögzítőlap AFAG CS8 30 SD 1 50035820 HUB30 munkahenger Átrakó megfogó 1 A38 barnítva munkahenger köztes AFAG GMK20 K 1 110110494 OW Mágneslapító gép 1 A38 barnízva tekercskirakó rögzítés hosszú Mágneslapító gép 2 A38 barnítva hosszú alsó Mágneslapító 1 1.4301 tekercskirakó darableejtő AFAG RM16 1 11001697 DW50 Mágneslapító gép 1 K1 edzve kirakó pillangó Mágnestekercs 2 A38 barnítva kirakó forgató tartó 8. táblázat: Tekercskirakó, szortírozó egység tételjegyzék
GE-TL03
-
GE-MF06
GE-MF07
GE-MF08 GE-MF09
GE-MF10 GE-MF11
7.8. Mágneslapító, csupaszoló célgép burkolat A mágneslapító berendezés tervezése során fontos szempont a munkavédelmi szempontok figyelemmel tartása. Így a géptest forgó, mozgó alkatrészeit el kell különíteni és a munkateret le kell burkolni. Azonban műszaki hiba esetén a burkolatnak mindenképpen nyithatónak kell lennie, valamint a programban fel kell programozni egy vészkört és az ajtókon mikrokapcsolókat kell elhelyezni. Tehát meg kell azt gátolni, hogy nyitott gépburkolatnál a berendezés elindulhasson. A burkolat építése során szabványos Al profilokat alkalmaztam, amelyeknek gerendamérete 45mm x45mm, valamint a gerendák közé polikarbonát burkolatot helyeztem. A burkolaton vészstop gombokat is elhelyeztem a gép esetleges vészhelyzeti megállásának elősegítésére. A gépburkolat felépítését a vv. ábra szemlélteti.
vv. ábra: Tekercscsupaszoló, lapító berendezés gépburkolat
46
Valamint a gépburkolaton, valamint a gép képlékenyalakító állomásain egy ellenőrző kamerát helyezek el a gépalapon, amely a képlékenyalakítás megfelelőségét ellenőrzi. Ennek a kamerának a képét mutatja a gépburkolaton elhelyezett monitor egység. A gépburkolaton egy rés található, amelyben a lineáris rezgőadagoló adagolja be a tekercseket. A könnyebb szerelhetőség érdekében elemekre bontom és külön mutatom be a burkolatot, gépajtókat, valamint további elemeket. Az első részben a gépburkolatot mutatom be, ennek a szerelt ábráját a ww. ábra szemlélteti.
ww. ábra: Burkolat szerelt képe
A szerelt burkolat vázlata alapján a következő táblázatban foglalom össze az alkatrészeket. Számozás
Megnevezés
Darabszám
Anyagösszetétel
LXXXI
Minitech 45x45x1755 alsó gerenda Minitech 45x45x1710 hátsó gerenda Minitech 45x45x900 oldalsó gerenda Policarbonat 920x220
5
-
Rajzszám/ cikkszám 20.1063
2
-
20.1063
14
-
20.1063
6
121 polikarbonát
GE-GB01
LXXXII
LXXXIII
LXXXIV
47
LXXXV LXXXVI LXXXVII
Oldalplexi 2 121 polikarbonat 580x920 Rezgőfuratos 1 121 polikarbonat oldalplexi 540x920 Minitech GDZ 45° 28 sarokelem 9. táblázat: Gépburkolat tételjegyzék
GE-GB02 GE-GB03 21.1349
Ezt követően a burkolatba beépített ajtók alkatrészlistáját mutatom be az xx. ábra alapján. Itt két különböző méretű ajtó épül be. A nagyobb méretű ajtók a körasztalhoz való hozzáférhetőséget biztosítják, a kisebb méretű ajtók a rezgőadagolóhoz, körasztalhoz való beadagoláshoz való egység elérését biztosítják.
xx. ábra: Gépburkolatba beépülő ajtók Számozás LXXXVIII LXXXIX XC XCI XCII XCIII
XCIV
XCV XCVI XCVII XCVIII
Megnevezés
Darabszám
Anyagösszetétel
Minitech 2 45x45x890 profil Minitech 2 45x45x1300 profil Minitech hingle 45 2 Minitech handle 90 1 Minitech GDZ 45° 1 sarokelem Minitech 1 45x45x900 oldalprofil Minitech 2 45x45x420 felsőprofil Minitech hingle 45 2 Minitech GDZ 45° 4 sarokelem Minitech handle 90 1 Polikarbonát plexi 1 121 polikarbonát 10. táblázat: Gupburkolat ajtó tételjegyzék
Rajzszám/ cikkszám 20.1063 20.1063 21.1095 21.1099/1 21.1349 20.1063
20.1063
21.1095 21.1349 21.1099/1 GE-GB04
Valamint ezen felül a burkolaton el van helyezve egy kijelző, amely a tekercsvég alakítását ellenőrző kamera képét mutatja be. 48
A kamerarendszer egy Omron álltal gyártott kamerarendszer, a gépburkolaton elhelyezett kijelző pedig egy Samsung S19C450MW 19inch-es kijelző. A gép burkolaton pedig vésztop gombok vannak elhelyezve, amelyek be vannak huzalozva a berendezés vészkörébe. Ezeknek a gomboknak a hatására a berendezés leáll, valamint kizáródik a villamos, valamint pneumatikus hálózatról. Összesen a berendezés burkolatán 4db Schneider XB6E típusó vészstop gomb van elhelyezve. A gépburkolattal, valamint az operátor által viselt egyéni védőeszközökkel a gépkezelő munkavédelme biztosított. 8. Tekerccsupaszoló és tekercslapító célgép felépítése és működése A tekerccsupaszoló és tekercslapító célgép főbb elemeinek megtervezése után szükséges lesz ebben a pontban a gép főbb működésének, valamint az állomások lépéseinek bemutatása. A teljesen összeszerelt célgép bemutatására gépburkolattal, valamint gépburkolat nélkül a yy. ábrán láthatjuk.
yy. ábra: Tekerccsupaszoló és tekercsvég lapító célgép 3D CAD model
49
A célgép működése a szokásos lépésciklusos elven alapszik. Az egymást követő állomások csak abban az esetben hajtják végre a feladatukat, ha az előttük lévő állomások befejezik a szerelési/alakítási ciklust. A célgépen elhelyezett állomásokat és adagolókat a zz. ábrán az anyagáramlás figyelembevételével felszámozzuk és a termék életútját követve bemutatom a célgép működési ciklusait.
zz. ábra: Tekerccsupaszoló és alakító célgép állomások
A zz. ábra alapján áttekinthető a célgép működési ciklusa és a különböző munkafázisok. A következőkben az egymást követő állomások működését mutatom be: I. A rezgőadagoló rendszer a munkafázis kezdetén a rezgőbunkert fel kell tölteni a szükséges tekercsmennyiséggel. A rezgőbunkerből az adagoló rendszer a tekercset a körrezgőbe juttatja. A körrezgő a rezgőpályán a tekercseket a megfelelő pozícióba forgatja és a lineáris rezgőre juttaja. A lineáris rezgő végéről a tekercsbeforgató a megfelelő pozícióba állítja a tekercset és a tekercsbeforgatóról a lineáris gerenda átveszi a tekercset. II. A lineáris gerenda első megfogója felveszi a tekercset és felhelyezi azt az első tekercsbeforgató ülékbe. Az első tekercsbeforgató ülékben a tekercset a lábainál ütköztetjük fel és egy munkahenger a tekercset a körasztalnak megfelelő pozícióba forgatja. A második tekercstartó ülékben a tekercs elnyeri a végleges pozícióját és a lineáris gerenda utolsó megfogója a tekercset a körasztal ülékébe helyezi. III. Miután a lineáris gerenda megfogólya felhelyezte a tekercset a körasztal fészkére, akkor a körasztal az első állomáshoz forgatja az alkatrészt. Az első állomás feladata a tekercsvégen található lakkréteg eltávolítása, valamint megfelelő átmérőre való leszedése. Erre egy váltóáramú motor szolgál, amelyre 3db esztergakést erősítünk. Az esztergakések előtolásáért egy AFAG pneumatikus munkahenger szolgál. A csupaszolás végeztével a munkahenger az elektromotort a felső véghelyzetbe mozgatja, így elegendő helyet biztosítva a körasztal további mozgásához. 50
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.
A tekerccsupaszolás végeztével a körasztal egy pozíciót tovább mozdul és a tekercset a második állomáshoz mozgatja. A második állomás feladat a tekercsvég első lábának a megfelelő geometriára való alakítása. Erre két alakítópofa szolgál, amelynek a zárásért két kényszererőt alkalmazunk. A kényszererőt, amelyek a pofák zárásáért felelős, egy AFAG HM64-25 munkahengerrel biztosítjuk, valamint az alakítópofákkal szemben elhelyezett csapágyazott oszlopokkal kényszerezzük a pofákat. Ezt az y. ábra szemlélteti. A pofák nyitásáért az AFAG munkahenger zárt véghelyzetbe való állásával van lehetőség, miközben a pofák nyitásának érdekében az alakító pofákra torziós rugót helyezünk el. A tekercsvég alakításának végén a munkahenger zárt véghelyzetbe mozdul és a körasztal elmozdul a következő állomáshoz. A 3-ik állomás a körasztalon a tekercs átfordítására szolgál. Az átfordítás után a tekercs másik végét ugyancsak csupaszolni és alakítani kell. A tekercs átfordításához a körasztalon egy AFAG CS8-30-SD munkahenger és egy AFAG GMK20 megfogó szolgál. Ezt követően a tekercset egy pneumatikus gerendával egy AFAG GMQ-20-2 forgató-megfogóhoz mozgatja. Ez az egység a tekercset megfogja és átfordítja. Az átfordított pozícióban a GMK-20 megfogó ezt követően a tekercset megfogja és a pneumatikus gerenda a körasztal felé mozgatja. A megfogó a tekercset a körasztalra visszahelyezi. A folyamat végén a körasztal a következő állomáshoz mozgatja a tekercset. A tekercs átfordítása után a körasztal a következő, azaz a 4-ik állomáshoz viszi a tekercset. Ez az állomás a tekercs másik végének csupaszolására szolgál. Elvi működése teljesen megegyezik a IV. állomás működésével. Azonban itt a tekercslábak rövidsége miatt az állomástartó állványzat is rövidebb. A tekercsláb lakkmentesítése és méretre szedése után a körasztal a következő állomáshoz viszi a tekercseket. A tekercs rövidebb lábának csupaszolása után a körasztal elfordul és a következő állomáshoz viszi a tekercset. A VII. állomás funkciója a rövidebb tekercsláb megfelelő formára való alakítása. Elvi működése teljesen megegyezik a IV. állomás működésével. Azonban itt is rövidebb állomástartó állványt alkalmazunk a tekercslábak rövidsége miatt. A rövidebb tekercsláb csupaszolása és formára alakítása után a körasztal a tekercskirakó és szortírozó állomáshoz fordítja a tekercset. Ennél az állomásnál az ellenőrző egységek álltal kapott jel alapján a szortírozó állomás szétválasztja a megfelelő és nem megfelelő tekercseket. A tekercs levételét a körasztalról ugyancsak AFAG CS8-30-SD munkahengerel és egy AFAG GMK20 megfogóval oldjuk meg. Ezt követően egy pneumatikus gerenda szállítja a tekercset a szortírozó csúszdájához. Ebben a csúszdában van elhelyezve egy AFAG RM16 DW50 pneumatikus forgató egy pillangólappal. A pillangószelep véghelyzetet vált annak függvényében, hogy megfelelő a tekercs, vagy sem. A csúszda egy osztott csúszda, amelynek két vége két különböző tekercsgyüjtőbe ejti a tekercseket. A nem megfelelő tekercsek a selejt tárolóba a megfelelőe tekercsek pedig a jó alkatrész tárolóba kerülnek.
51
Egy alkatrész azt követően, hogy áthaladtak a fent említett munkafolyamatokon és megfelelőek voltak az ellenőrzések szerint, akkor az alkatrészt késznek tekintjük. Az alkatrészt további berendezéseken felhasználjuk, mint alapanyagot. 9. Projektütemezés, projektkivitelezés A berendezés megtervezésével párhuzamosan meg kell tervezni a gépépítési projekt fázisait, valamint adatokat kell gyüjteni a projekt financiális hátteréhez. A projekt végrehajtásának és nyomonkövetésének legfőbb fázisait Ghant diagramban célszerű rögzíteni. Ezzel a szemléletes és vizuális táblázattal könnyedén tudjuk prezentálni a projekt aktuális státuszát, valamint a projekt közben bekövetkező legfőbb eseményeket. A projekthez tartozó Ghant diagrammot a 11. táblázat tartalmazza. A projektütemezésben a következő tevékenységeket kell feltüntetni: - Projektfeladat meghatározása, célkitűzések, (I. fázis) - Konstrukciós megoldások, kivitelezési módszerek tervzsűrije, (II. fázis) - Elvárások, követelmények pontosítása a géppel szemben, (III. fázis) - Gépi berendezés konstrukciós tervezése, (IV. fázis) - Konstrukciós berendezés elsődleges tervzsűri, (V. fázis) - Gépi berendezés végleges konstrukciós tervezése, (VI. fázis) - Konstrukciós terv végleges tervzsűri, (VII. fázis) - Egyeztetés műszaki beszállítókkal, projekt financiális hátterének biztosítása, (VIII. fázis) - Gépalkatrészek gyártása, vezérlési elemek beszerzése, PLC programozás (IX. fázis) - Berendezés összeállítása, (X. fázis) - Berendezéssel való próbagyártás, (XI. fázis) - Gyártott minták minőségügyi ellenőrzése, (XII. fázis) - Berendezés műszaki, munkavédelmi, minőségügyi átvétele (vonatkozó szabványok figyelembe vételével). (XIII- fázis) A projektkivitelezés során törekednünk kell arra, hogy a lehető legtöbb folyamatot egymással párhuzamosan ütemezzük. Ezzel csökkenthetjük a projekt kivitelezésének időtartmát, valamint megfelelően osztható el a projektteam tagok munkáját. Így a berendezés főbb egységeit alkotó alkatrészek megmunkálásával párhuzamosan a kisebb állomásokat el kell kezdeni összeállítani. Valamint a berendezés vezérlőszekrényének összeállítása, annak huzalozása, valamint a PLC programozásának párhuzamosan kell folyani a mechanikus alkatrészek összeállításával. A berendezéssel végzett próbagyártás során el kell végezni a berendezéssel termelt alkatrészek minőségügyi ellenőrzését, valamint a berendezés munkavédelmi szempontból való átvételét.
52
53
1-2 hét I. Fázis II. Fázis III. Fázis IV. Fázis V. Fázis VI. Fázis VII. Fázis VIII. Fázis IX. Fázis X. Fázis XI. Fázis XII. Fázis XIII. Fázis
3-4
5-6
7-8
9-10
11-12
13-14
15-16
17-18
21-22
23-24
29-30
31-32
33-34
Időterv 35-36
37-38
39-40
41-42
11. táblázat: Projektkivitelezés, projektütemezés időterv
19-20
2015 25-26 27-28 43-44
45-46
47-48
49-50
51-52
1-2
3-4
5-6
2016 7-8
9-10
11-12
9.1. Műszaki egyeztetés a kivitelező cégekkel, finanszírózás megvalósítása A tervezői munka, valamint a végleges tervzsűrit követően lehet elkezdeni a műszaki egyeztetést az alkatrészek legyártásával, valamint a vezérlőszekrény összeállítsával kapcsolatban. A gép összeállításához, valamint alkatrészeinek a legyártásához a következő műszaki egyeztetésekre van szükség: - Mechanikus alkatrészek megmunkálása a 3D-és modell, valamint a műhelyrajzok alapján, - Forgácsolt alkatrészek hőkezelése, - Kereskedelmi forgalomban kapható gépalkatrészekre való árajánlatkérés, - Berendezés vezérlőszekrényének összeállításához szükséges alkatrészek kiválasztása, alkatrészekre való árajánlat kérése, - Árajánlat kérés a mechanikus alkatrészek összeállítására, - Árajánlat kérés a berendezés vezérlőszekrényének összeállítására, - Árajánlat kérés a berendezés működtetéséhez szükséges épületgépészeti munkákra. A műszaki egyeztetés során mindnképpen célszerű több műszaki beszállítóval egyeztetni. Ezzel fokozva az árversenyt, valamint a projekt ütemtervének tartási idejét. Így az összes előzőleg érintett pontban 3-4 különböző céggel vettem fel a kapcsolatot. Az egyeztetés során a gépalkatrészek megmunkálására, összeállítására, valamint a gép vezérlésének összeállítására, épületgépészeti munkálatokra 37.850.000HUF legkedvezőbb végösszegű árajánlatot kaptam. A projekt financiális hátterének megteremtésére a product managemantnek kalkulációkkal alátámasztva be kell bizonyítani, hogy a befektetett keretösszeg megtérül még a berendezés tönkremeneteli ideje előtt. Tehát a projekt financiális hátterének megteremtéséhez a projektvezetőnek számszerű adatokkal bizonyítani kell, hogy a minőségügyi mutatók, valamint a termelési mutatók pozitív irányba való változásával a berendezésbe fektetett keretösszeg 5 éven belül megtérül. Mindezeket a kalkulációkat bemutatva és a projekt pénzügyi hátterét megteremve, valamint a konstrukciós tervek befejezésével és végleges jóváhagyásával a berendezés gyártása megkezdődhet.
54
Összegzés Diplomatervem megalkotás során egy ipari probléma megoldása volt a cél. A General Electric kismegszakítóiban alkalmazott mágneses tekercs végeinek lakkmentesítésére, valamint a tekercsvégek kívánt geometriai kialakítására való berendezés tervezése volt a feladatom. E célból elkészítettem egy olyan berendezés konstrukciós terveit, amelyek kielégítik a General Electric technológiai csapatának elvárásait. Valamint egy olyan berendezést, amely beilleszthető a már meglévő gépparkba és könnyen karbantartható. Ennek megfelelően egy olyan körasztalos célgépet terveztem, amely külön műveletelek sorozatával elvégzi a tekercs lakkmentesítését és a tekercsvégek alakítását. A berendezés modelljét SolidEDGE V19 3D-és tervező CAD programban elkészítettem, valamint a tervezésvezető álltal kijelölt állomásról műhelyrajzokat készítettem. A berendezésről összeállítási rajzot készítettem, valamint a különböző célgép állomásokról tételjegyzéket vettem fel, amelyben szerepelnek az általam készített modellek, valamint a különböző kereskedelmi forgalomban kapható egységek. A célgép leginkább igénybevett elemeit Ansys 14.5 végeselemes programmal modelleztem. Ehhez kiszámítottam a legnagyobb igénybevételeket és a megalkotott moldellre helyeztem. Ennek köszönhetően megkaptam a célgép működése közben az állomásokon végbemenő deformáció mértékét, valamint a maximális feszültség értékét. Valamint a diplomatervem utolsó fejezetében részletesen bemutatom a célgép működését és a munkaállomások ciklusainak lépéseit. A konstrukciós tervezést sikerült befejeznem, így a további munkálatok az automatizálási részlegre, valamint a projektmérnökökre és gépépítési részlegekre marad. A végleges tervzsűri során a berendezés konstrukciós kialakítására jóváhagyást kaptam. Azonban a berendezés összeállítása, gépelemek legyártása, valamint működése közben kialakuló módosításokat a későbbiekben regisztrálom és feltüntetem a konstrukciós tervekben. Diplomatervem kivitelezése során tapasztalatot szerezhettem és támogatást kaptam a hagyományos célgépépítési elvekkel kapcsolatban. Új ismeretekkel gazdagodtam és tovább fejlesztettem a már meglévő ismereteimet. Nagyon nagy köszönettel tartozom a GE Hungary Kft. ózdi telephelyének karbantartó és LEAN automation csapatának.
55
Summmary During the creation of master degree thesis an industrial problem solving was the target. Original target the magnetic coils’ end lack minimazing and deforming for required dimension, which used in the mini cicuit breakers in General Electric, guarantee the winding geometry. For this purpose, I have prepared plans for construction of a device that meet the expectations of General Electric technology team. As well as a device that is inserted into the existing machine park and easy to maintain. Accordingly, I planned a round-table target machine that will perform a series of special operations site formation of the coil winding and discharge of lack. The unit prepared by SolidEdge V19, modeled in 3D CAD design and generated the 2D drawings based on CAD model spare parts. The conceptional-design made ventilation, as well as a variety of single-purpose machine hosts took a list of items, which are included in the models produced , as well as a variety of commercially available units. Most used elements of the target machine modeled 14.5 Ansys finite element software. To do this, I calculated the maximum stresses. As a result, I got extent of the target machine during operation of the stations taking place deformation and the value of maximum tension. As well as the last chapter of the thesis I present the target machine operation and steps of the cycles of workstations. The constructional design managed to finish, so the other works of the automation department, and the department is projekt team. It received approval for construction equipment during the development of the final design. I gained my Degree thesis in construction and the support I have received in relation to the traditional principles of special purpose machines design experience. I enriched with new knowledge and I developed my existing knowledge. Thanks to GE Hungary Kft. Ózd establishment and maintenance of automation LEAN team for the support.
56
Köszönetnyilvánítás Köszönettel tartozom a diplomatervem elkészítéséhez nyújtott támogatásban: Dr. Kamondi László, címzetes egyetemi tanár, Miskolci Egyetem Gép és Terméktervezési Intézet, Diplomaterv tervezésvezető. Kövér József, okleveles bányamérnök, gépész tervezőmérnök, Ge Hungary Kft. ózd Hornyák Roland, okleveles gépészmérnök, Ge Hungary Kft. ózdi telephelyének mérnökségi vezetője Szegedi István, okleves villamosmérnök, Ge Hungary Kft. ózdi telephelyének karbantartási csoportvezetője Ge Hungary Kft. ózdi telephelyének karbantartási csapat géplakatosok és forgácsolók
57
Irodalomjegyzék 1. Dr. Kamondi László: Objektumsemleges tervezésmódszertan előadás 2. Takács György, Zsiga Zoltán, Szabóné Makó Ildikó, Hegedős György: Gyártóeszközök módszeres tervezése (2009) 3. Manish Kale, Prof. D. A. Mahajan, Prof. (Dr.) S. Y. Gajjal: Design, Fabrication and Analysis of Special Purpose Machine for Drilling and Riveting Operation 4. Nagy Géza, Dr. Apró Ferenc, Tar Sándor, Kováts Attila, Varga Gábor, Jászai Sándor, Dr. Drobni József: Szerkesztési atlasz (Műszaki Könyvkiadó-Budapest, 1976) 5. AFAG Pneumatikus elemek katalógus 6. Peter Kohnke: ANSYS Handbook (2014 Southpoint) 7. GE Control Catalog Section 2, Section 5, Section 7 8. PMBOK Guide: Projektmenedzsment útmutató
Linkek 1. AFAG hivatalos honlapja: http://www.afag.com/home.html 2. Festo hivatalos honlapja: https://www.festo.com/cms/hu_hu/index.htm
58
