SZAKDOLGOZAT. Feladat címe: Présgép fejlesztése. Készítette: Bsc szintű, gépészmérnök szakos Szerszámgépészeti és Mechatronikai szakirányos hallgató

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR 3515 MISKOLC- EGYETEMVÁROS SZAKDOLGOZAT Feladat címe: Présgép fejlesztése Készítette: MEZEI MÁRK Bsc szintű, gépészmérnök szakos Szerszámgépészeti és Mechatronikai szakirányos hallgató 2016/2017 TANÉV, 1. FÉLÉV Tervezésvezető: DR. SZILÁGYI ATTILA egyetemi docens Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke Konzulens: BOGÁRDI BALÁZS okleveles gépészmérnök schoen+sandt Hungary Kft.

2 EREDETISÉG NYILATKOZAT Alulírott:...; Neptun kód:... a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának BSc hallgatója kijelentem, hogy a Présgép fejlesztése című szakdolgozatom saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy a szakdolgozat esetén plágiumnak számít: - szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; - tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; - más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltűntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül. Miskolc, Hallgató 3

3 TARTALOMJEGYZÉK 1. Bevezetés schoen+sandt Hungary kft Irodalom és piac kutatás: Rögzítő gyűrűk típusai Seeger-gyűrűről általában: Radiálisan szerelhető és rugalmas rögzítőgyűrűk Gyűrűfelhelyező berendezések: Beépítési környezet A palettatovábbító rendszer Pozícionáló egységek SKF Lineáris vezetékek, profilsín prés kialakítások Tox Prés Schmidt prések: Schunk megfogó elemek Aventics pneumatika: Szilárdsági és geometriai méretezés Préselési erő meghatározása: Grashof-elmélet: Feszültségek számítása: Igénybevételi függvények meghatározása: A sík görbe tartó ellenőrzése feszültség csúcsra számítással: Véges elemes vizsgálat végzett feszültség ellenőrzés: Deformáció meghatározása: Horizontális deformáció Vertikális deformáció: Eredmények értékelése: Alakváltozás ellenőrzése:

4 6. Préselési erő meghatározása Ideális préselési körülmények: Valós préselési körülmények: Prés szerszám tervezés Préselési környezet: Présszerszám funkciói Présszerszám felépítése Automata gép tervezése: A beépítési körülmények felvázolása: Présgép felépítése Automata adagoló koncepcionális tervezése Adagoló berendezés követelményei Adagoló részegységei teljes adagoló készülék Komplett gép bemutatása Összegzés Irodalomjegyzék Ábrajegyzék

5 SUMMARY In my thesis I worked out concept of an automatic seeger ring press machine, which is fits into a mass production line of an electric bicycle motor. I had to meet the needs of the customer in the design, using a simple and reliable solutions with taking into account safety considerations. Previously, I made some literature and market research which allowed to study what kind of machine components and solutions are available for planning. Furthermore I determined power rations, deformations and stresses to assembly a seeger snapring. Based on the engineering studies and the experience gained in the thesis, I managed to approximate calculations, what kind of stress have arisen due to the force applied. I used the Solid Edge ST7 3D design software finite element analisys module to define the stress in the ring. I made a realistic ring model, whereat I took places some boundary conditions, what were constraints and loads. Thanks to these, the program has completed the calculations, and I received color chart illustrated figures which show me the results. These values are compared to calculations what I had made and I got almost the same results, so they were likely to show realistic values. In the next step I examined the ring deformations, like all the previus, by calculation and simulation method. With the use of parameters proposed by the received data and the literature recommendations, I developped a press tool, which is suitable for mounting external seeger ring to a shaft groove. During the design process, I used the above mentioned software to create the components. This tool, was installed to a press machine what is designed by me. I had to took into account the installation conditions and the geometric dimensions of the press tool. Accordingly for this, the custom sizes welded frame was created. In the thesis I expound some design details of the main functional elements and I illustrated them in figures. At the end of the thesis, I proposed a solution for a dispensing unit, which is resulting a more automated operation. In the preparation of the thesis I could expand of my knowledge about special machine elments, and theirs familiar structure, operation and applicability. Nevertheless I also got knowledgement of softwares what are used nowadays in engineering practice. Overall, I think I managed to carry out the task to my best, during that I have earned a significant knowledge that I can use in studies, and industrial work in the future. 6

6 1. BEVEZETÉS A schoen + sandt Hungary Kft. egyedi gép és célgép gyártó cégnél végzett munkám során kapott feladat, a tömeggyártásban használatos összeszerelő állomás megtervezése volt. Jó témaválasztási lehetőségnek éreztem szerszámgép és célgép tervező szakirányos hallgatóként. Ez a feladat segítséget nyújtott, hogy átfogóbban megismerjem a célgép építő elemeket, valamint a tervezés folyamatát és kihívásit. A gép célja, egy elektromos kerékpármotor összeszerelésének utolsó fázisában, a hajtómű tengely végeire egy-egy biztosító gyűrű felillesztése. A tervezés során elsősorban a vevői elvárásoknak kellett eleget tenni, a minél hatékonyabb megoldások mellett. Törekedtem a minél egyszerűbb és biztonságos, de egyben költséghatékony gép megtervezésére. A dolgozat első felében tanulmányoztam a külső seeger gyűrűk felillesztésének automatizálható megoldásait, melyek közül egy préselési műveletre esett a választás. Az ezzel kapcsolatos hasznos információkat főként angol nyelvű szakirodalomban találtam. A téma kidolgozásának második felében került sor a gép lemodellezésére és annak bemutatására. A tervezés során Solid Edge ST7 3D-s tervező programot használtam, az alkatrészek modell szintű megalkotásához és összeszereléséhez. Betekintést nyerhettem a programba beépülő szimulációs modulba, melynek segítségével - a számítások mellett - határoztam meg a szükséges deformációkat és fellépő feszültségeket. Napjainkban az automatizálás elengedhetetlen építőelemei pneumatikus és elektromos alkatrészek, melyek alkalmazásába a feladat során betekintést nyerhettem. Az automatikus működés minél hatékonyabb üzemelése, megkívánja a különböző munkadarab adagolási technikák alkalmazását, amire a dolgozat végén tettem javaslatot. 7

7 2. SCHOEN+SANDT HUNGARY KFT. A schoen-sandt Hungary Kft. egy gépgyártó cég, melynek fő profilja kivágó présgépek gyártása. Valamint vevők egyedi igényeinek megfelelő speciális célgépek tervezésével és gyártásával tud érvényesülni a piacon. A cég 1964 óta gyárt a könnyűiparban használatos, cipő és textilipari gépeket. A német anyavállalat megrendelései főleg PLC vezérlésű elektrohidraulikus kivágó gépekre koncentrálódnak. Német kollégákkal karöltve egyedi célgépeket is építenek, melyek a világ számos pontján megbízhatóan üzemelnek. A vevők főleg a könnyűiparból, autóipari beszállító vállalatok közül kerülnek ki, de gépeink a mentőmellény és a padlószőnyeg kivágásától kezdve, a teniszlabda stancoláson keresztül, a papírpénzgyártás, vízjel bepréseléséig terjed. Vevők egyedi igényeik alapján szintén speciális célgépek megrendelésivel is foglalkozik, és melyeket a lehető legmodernebb eszközökkel és a lehet leggyorsabban legyártják és megkonstruálják. A gépek tervezése és üzembe helyezése az egri telephelyen történik, olykor van lehetőség a vevő telephelyén történő tesztelésre, üzembe helyezésre. A schoen + sandt Hungary Kft. Szerviz Csapata által biztosított a képek későbbi karbantartása garanciális javítás. Végül, de nem utolsó sorban, az időnként elérhető szabad kapacitásunknak köszönhetően igény szerinti hegesztett, forgácsolt és festett gépalkatrészeket is gyártanak a megrendelők részére, mely vevők főleg német gépgyártó cégek közül kerülnek ki. A cég ISO 9001 szerinti minőségirányítási rendszert működtet, valamint Környezetközpontú Irányítási Rendszert (KIR) vezet be és tart fenn az ISO szabvány szerint. Csak néhányat említve, a cég referenciái közül: Bosch Rexroth Pneumatika Kft. ZF Hungaria Kft. Intec Austria GmbH Dematic GmbH Robert Bosch Energy and Bodysystems Vállalat 2016-ban ünnepelte 125 éves jubileumát.[10.] 8

8 3. IRODALOM ÉS PIAC KUTATÁS: 3.1 RÖGZÍTŐ GYŰRŰK TÍPUSAI SEEGER-GYŰRŰRŐL ÁLTALÁBAN: Seeger gyűrűknek vannak alaptípusai, önzáró, radiálisan szerelhető és bepattanó gyűrűk. Seeger gyűrűk előnye, hogy szériagyártásúak. Anyaguk általában kiváló minőségű rugóacél. Gyártáskor ügyelni kell, hogy a hőkezelés megfelelő legyen, hogy a névleges átmérőre való szerelésnél a keletkező feszültség a rugalmas alakváltozás határán belül maradjon. Korrózióálló követelmények esetén a Seeger gyűrűk anyaga lehet: ón-bronz (CuSn8), beryllium-bronz (CuBe2), valamint korrózióálló acélok (X35CrMo17, X12CrNi177). Rögzítő gyűrű helyzetbiztosításra szolgál. Általában axiális irányú rögzítésre használják.(1.ábra) [6.] 1. ábra Axiálisan szerelhető biztosító gyűrűk RADIÁLISAN SZERELHETŐ ÉS RUGALMAS RÖGZÍTŐGYŰRŰK Rögzítő gyűrűk axiális és radiális rögzítésre alkalmasak. Radiálisan szerelhető rögzítő gyűrűk olyan rögzítő gyűrűk, amelyeknél a szerelés során radiális, azaz sugárirányban szerelik fel őket a tengelyre. Mivel a tengely átmérője nagyobb, mint a rögzítő gyűrű hézagának szélessége, ezért a gyűrű anyagának rugalmasnak kell lennie, hogy a szerelés okozta deformáció ne alakuljon át maradó alakváltozássá, mert így a gyűrű idő előtti tönkremeneteléhez vezetne. (2.ábra) 9

9 2. ábra Radiálisan szerelhető biztosító gyűrűk 3.2 GYŰRŰFELHELYEZŐ BERENDEZÉSEK: A gép tervezése során ki kell dolgoznom egy adagoló-felhelyező berendezést, mellyel sok mellékidőt megspórolhatunk, illetve a dolgozótól is kevesebb koncentrációt igényel a berendezés. A következőkben, gyakorlatban már számos helyen alkalmazott megoldást mutatok be, melyek a továbbiakban segítségemre lesznek. (3.,4. ábra) 3. ábra Radiális gyűrű applikátor 10

10 4. ábra Radiális gyűrű adagoló KÜLSŐ GYŰRŰ FELHELYEZŐ Az általam használt rögzítő gyűrű esetében az alábbi automatizálható megoldást találtam. Ez a megoldás alkalmazható különböző szabványnak megfelelő, mind külső, mind belső rögzítő gyűrűk felhelyezésére. A készülék külső gyűrű felhelyezése esetén egy kúpos csapot alkalmaz, melyre a művelet elején fel kell helyezni a tengelyvégre. A kúpon való áttolás egy hüvely segítségével oldható meg, így közben a gyűrű kinyílik a megfelelő méretre, hogy ez által a tengelyen lévő beszúrás felé kerüljön, majd ott bepattanjon. Ezt szemlélteti az 5. ábra. [5.] 5. ábra Külső biztosítógyűrű felhelyező 11

11 BELSŐ GYŰRű FELHELYEZŐ A fentebb említettekhez hasonlóan működik a belső gyűrű behelyezésére szolgáló készülék. A folyamat során egy kúpos perselybe kerül behelyezésre a gyűrű majd egy tájolócsap segítségével a tengely egy belső hornyáig lesz tolva, ahol automatikusan bepattan a helyére. (6.ábra) 6. ábra Belső biztosítógyűrű illesztő A szakirodalom mindkét egy 3-5 -os szöget ajánl a kúposságot illetően. Minél nagyobb a felhelyezendő gyűrű illeszkedő átmérője, annál nagyobb lehet ez a szög a megadott értékeken belül. Az irodalom a gyűrűk továbbítására is tesz ajánlást az alábbi ábrák szerint.[5.] 7. ábra Tengelyre való illesztés során a gyűrű továbbítás módja 8. ábra Furatba illesztés során a gyűrű továbbítás módja 12

12 A gyűrűk felhelyezésekor ügyelni kell a pozíciójukra, ezt biztosítja az ábrákon látható megoldás, mely szerint a belső rögzítő gyűrűket (8. ábra), egy vezető lemezzel kell tájolni melynek vastagsága a gyűrű vastagságának maximum 80%-a lehet. Külső gyűrűk esetében (7. ábra), pedig a gyűrű profiljának megfelelő vezető lemez segítségével lehet felhelyezni a csapra. A tájolólemez vastagsága szintúgy a gyűrű vastagságának maximum 80 %- a megengedett.[5.] Külső gyűrűk esetében a felhelyezési folyamatot az alábbi 9. ábra szemlélteti 9. ábra Külső biztosítógyűrű felhelyezésének folyamata 3.3 BEÉPÍTÉSI KÖRNYEZET A PALETTATOVÁBBÍTÓ RENDSZER Az állomást a vevő által alkalmazott Bosch Rexroth TS2 plus transzfer rendszerbe kell beépíteni. A termelés folyamata ennek a rendszer segítségével történik, így az állomás tervezése során törekedni kell a minél nagyobb kompatibilitásra és kompaktságra. A rendszer tanulmányozása során konkretizálódnak az állomás főbb méretei. A TS2 plus továbbító rendszer, egy palettatovábbító rendszer, mely akár 240 kg-ot elérő munkadarabok továbbítására szolgál. A moduláris megoldásoknak köszönhetően, költséghatékonyan lehet áttérni a különböző kialakítások között, és munkadarabok széles skálája alkalmazható, egyedi igényeket kielégítve.[12.] 13

13 A jelenleg alkalmazásban lévő palettarendszer a WE 2 típus mely az alábbi paraméterekkel rendelkezik [12.]: Alkalmas szíj, fogas szíj és lánchajtásra Nagy merevség Integrált pozícionáló persely 15 féle szabványos méret ESD védelemmel ellátott külső műanyag burkolat acél hordlap 100kg terhelhetőség Az elektromos kerékpár motor egy 240x240 mm méretű palettán van elhelyezve. 3.4 POZÍCIONÁLÓ EGYSÉGEK A paletták pozícionálásra és a munkahelyen történő kiemelésre külön építő egységek szolgálnak, melyek ezt a műveletet leegyszerűsítik. A továbbiakban a dolgozatom során használt ilyen egységet részletezek. A 240x240 es WT palettapozícionálásra egy úgynevezett megakasztó egység szükséges, mely az érkező palettának a továbbítását megakadályozza. (10. ábra) 10. ábra Pneumatikus működtetésű stopper 14

14 Ez elé kerül beépítésre egy a PE 2 típusú pozícionáló egység, mely a tájoló tüskék segítségével a paletta megfelelő perselyén keresztül pozícionál.(11.ábra) 11. ábra PE 2 pozícionáló egység A kiemelést egy vezetékes pneumatikus munkahenger végzi, mely a felső végállásban a palettát a pálya felé emeli 2,5 mm-rel. A pozícionáló maximális függőleges teherbírása 300N. A pozícionálás +-0,1 mm pontossággal történik. A TS 2 plus rendszerben a transzfer pálya alapjait képezik az erre a célra kifejlesztett alumínium profilok. Ezek egyszerűvé teszik a csúszó és a gördülő felületek kialakítását, akárcsak a paletták manuális és automata továbbításának kialakítását. Esetemben alkalmazott ilyen profil típus az SP 2/B. A paletta továbbítása manuálisan történik így az erre alkalmas görgősor könnyen elhelyezhető és cserélhető a profil felső nútjában.[12.] 3.5 SKF LINEÁRIS VEZETÉKEK, PROFILSÍN Manapság a piacon található lineáris technológiákat alkalmazó lineáris golyóscsapágyak, profilsínes vezetékek, köszörült vezetékek és lineáris asztalok széles választékának 15

15 köszönhetően, nagy valószínűséggel megtaláljuk különféle igényeinknek megfelelő megoldást. A profilsínes rendszernek a hagyományos csúszó vezetékekhez képest jóval kisebb a súrlódási ellenállása, kisebb a slik-slip jelenség előfordulása. A profilkialakításnak köszönhetően a golyós vagy hengergörgős kocsik függőleges és vízszintes terhelést is képesek felvenni egy időben. Többféle méretben, kialakításban és előfeszített állapotban rendelkezésre állnak, nagy hosszok esetén a végtelenítés is megoldható. (12. ábra) 12. ábra SKF Profilsín vezetékek 3.6 PRÉS KIALAKÍTÁSOK Vevői kérésre alap koncepció szerint a seeger-gyűrű felhelyezést egy prés segítségével kell felhelyezni a tengelyre. Az irodalom és piac kutatás során tanulmányoztam a kereskedelemben kapható préseket, mely a későbbiekben meghatározott préselési erő kifejtésére alkalmas, és nem utolsó sorban a lökethossz és a présváz méretei, tömege is megfelelnek az elvárásoknak. 16

16 3.6.1 TOX PRÉS KÉZI MŰKÖDTETÉSŰ: RUDAZATOS KIALAKÍTÁSÚ: 13. ábra Rudazatos kialakítású kézi prés A tox golyós vezetékes kialakítású kézi prése, egyszerű és változatos megmunkálásra. A maximális préselési erő a löketvégén jelentkezik így bármilyen lemezvastagság testre szabható. Ideális összeállításra, peremezésre, kivágásra, jelölésre bélyegzésre és más nagy szilárdságú acélon végzett műveletre. [9.](13.ábra) Nagy szilárdságú acél megmunkálásra tervezve mely az alábbi paraméterekkel rendelkezik: állítható, nagy préselési erő (2-33 kn), minimális kézi erőkifejtéssel golyós lineáris csapágy a pontos megvezetés érdekében egyszerű szerszámcsere elfordulás gátló 17

17 FOGASLÉC-FOGASKERÉK PRÉS: 14. ábra Fogaskerék-fogasléc erőátvitelű kézi prés A fogaskerék-fogasléc prés paraméterei [9] (14. ábra): konstans préselési erő a teljes lökethosszon (2-4 kn) golyós lineáris vezeték, pontos megvezetés egyszerű szerszámcsere elfordulás gátlás HIDRO-PNEUMATIKUS MŰKÖDTETÉSŰ A Tox cég által forgalmazott levegő-olaj munkahengereket, energiatakarékos üzem jellemzi, a tisztán, csak levegővel működtetett cilinderekhez képest. A levegővel működtetett munkahenger egybe van építve egy hidraulikus rendszerrel, mely automatikusan erő löketre vált a munkafolyamat során. (15.ábra) [9.] 18

18 Jellemzők: 15. ábra Hidro-pneumatikus munkahenger Préselési erő típustól függően: kN Akár 69 mm erő löket, 400 mm teljes löket teljesen elkülönített olaj-levegő rendszer hidraulikus visszaút csillapítás Munkahenger működése: 16. ábra Hidro-pneumatikus munkahenger működése 1. Gyors löket (16. ábra, a): A fő útváltó szelep (A) kapcsol, majd a dugattyúrúd nagysebességgel kilökődik, míg ellenállást nem érzékel, a löket bármely pontjában. Ez az ellenállás a (B) szelepet átváltja. 2. Erőlöket (16. ábra,b): Az erőnövelő dugattyú lezárja a magas nyomású kamrát, majd a folyadék közeget a munkatérbe préseli 400bar eléréséig. Ez az olajnyomás a nyomást gyakorol a munkavégző dugattyú hátsó felületére, mely az erőlöketet eredményezi. 3. Visszaút (16. ábra, c): Ahogy a fő szelep átvált (A), az erőlöket szelep (B) leszellőzik. Majd a dugattyúk visszaállnak kiindulási helyzetbe.[9.] 19

19 A kereskedelemben a TOX kézi prések esetén, csak présfej külön megvásárlására nincs lehetőség, csak a présvázat értékesítik különálló egységként, minden más esetben a fejet és vázat egyben kell megvásárolni SCHMIDT PRÉSEK: Előzőeknek a figyelembe vételével folytattam tovább a piackutatást. Így keltették fel érdeklődésem a Schmidt cég által gyártott prések, melyek közül a későbbiekben kiválasztott típust építem be az a tervezett állomásba.(17.ábra) [10.] FOGASLÉC-FOGASKERÉK PRÉS Paraméterek: 17. ábra Schmidt kézi prések Maximális préselő erő a teljes lökethosszon (1,6-2,5 kn) Pontos lökethossz beállítás Pontos megvezetés Visszafutás gátlás 20

20 Schmidt prések esetén a présfej külön megvásárolható, így egyedi présváz kialakítására lehetőség van. A Schmidt cég termékpalettáján is megtalálhatóak a hidro-pneumatikus prések, mindezek mellett, tisztán pneumatikus működésű és szervo préseket is forgalmaznak, a Toxhoz hasonlóan. [10.] 3.7 SCHUNK MEGFOGÓ ELEMEK A Schunk Gmbh. a világon az egyik legmeghatározóbb cég, mely megfogás technikával és befogás technikával foglalkozik. Nagyfokú ismétlési pontosság, megbízhatóság jellemzi a termékeket így előszeretettel alkalmazzuk a munkáink során.(18. ábra) 18. ábra Schunk megfogó elemek és nullpontkészülék 3.8 AVENTICS PNEUMATIKA: Ahogy egyre több vezető pneumatikával foglalkozó cég így az Aventics termékpalettáján is megtalálhatunk, pneumatikus, szervopneumatikus termékeket is.(19. ábra) 19. ábra Aventics pneumatikus termékek 21

21 4. SZILÁRDSÁGI ÉS GEOMETRIAI MÉRETEZÉS Ebben a fejezetben a préselési erőt határozom meg. Elsősorban meg kell határozni, hogy mekkora nyitás szükséges a gyűrű felhelyezésére. Ennek függvényében kell megválasztani a deformáló erőt, mely elegendő a kívánt deformációhoz. Ezen felül ellenőrizni, kell feszültségcsúcsra az alkatrészt, a maradó alakváltozás elkerülése érdekében. 4.1 PRÉSELÉSI ERŐ MEGHATÁROZÁSA: A szerszám felfogatásának kivitelezése miatt, már most ki kell választani a felhasználni kívánt présfej és présváz típusát. Ezek kiválasztásához elengedhetetlen a préselési erő meghatározása. A vizsgált seeger gyűrű geometriai méretei: 20. ábra DIN471 szerinti AS22 seeger gyűrű geometriai méretei 22

22 Az AS22 típusú gyűrű, szabvány szerinti, terheletlen illeszkedő átmérője: d 3 = 21mm.(20.ábra) A deformáció elérések erőszükségletét, első esetben egy seeger gyűrű fogó segítségével határoztam meg, melynek értéke közelítőleg 280N. 4.2 GRASHOF-ELMÉLET: A feszültségek meghatározásához, jó közelítéssel egy síkgörbe tartónak a feszültségeit számoltam a megadott geometria alapján. Számításaim során a Grashof-féle elméletet alkalmaztam.[1.],[7.] 21. ábra Síkgörbe rúd deformációja A körív alakú síkgörbe rúd terhelés előtti állapota a 21. ábra a) ábrarészletén látható, a terhelés utáni állapotot pedig a b) ábrarészlet szemlélteti. A megfigyelések arra a következtetésre jutottak, hogy az alakváltozás során az egyes keresztmetszetek a deformálódott középvonalra merőlegesek maradnak. A rúd ρ o sugarú súlypontvonala tovább görbül ρ sugarú körívvé. Az M h = M hξ nyomaték hatására: ρ < ρ o. 23

23 A rúd két végén lévő sík által bezárt szög a terhelés hatására megváltozik, megnő. Ebből következik, hogy: Φ > Φo..[1.],[7.] Ezek alapján felírható: ε ζ = (ρ + η)φ (ρ 0 + η)φ 0 (ρ 0 + η)φ 0 = (ρ 0 + η)φ (ρ 0 + η)φ 0 1 (1.) Alkalmazva az egyszerű Hooke törvényt: (ρ + η)φ σ ζ (η) = E εζ (η) = E ( 1) (ρ 0 + η)φ 0 (2.) A σ ζ (η) egy hiperbola egyenlet, így adódik a határértékek alapján, hogy a hiperbola aszimptotái, ha.[1.],[7.]: lim σ ζ (η) = η ρ 0 (3.) lim σ ζ(η) = σ = E ( φ 1) η φ 0 (4.) lim σ ζ(η) = σ 0 = E ( ρφ 1) (5.) η 0 ρ 0 φ 0 A 22. ábrán a feszültségeloszlás szemléltetése látható, σ ζ normálfeszültségek az η tengely mentén [1.],[7.]: Az (4.) és (5.) összefüggéseket átalakítva az 1. egyenletbe helyettesítve megkapjuk, hogy: σ ζ = ρ 0 ρ 0 + η σ 0 + η ρ 0 + η σ (6.) Az első tört számlálójába behelyettesítve: ρ 0 = ρ 0 + η η Kapjuk: η σ ζ = σ 0 + (σ σ o ) ρ 0 + η (7.) 24

24 22. ábra Keresztmetszet feszültségeloszlása A feszültség és az igénybevétel kapcsolata: Feszültségi eredők igénybevételek: Az eredő erő: F s = ρ da ζ (A) (8.) σ (A) ζ da = 0 σ max általában az O görbületi középpont felé eső szélső szálban (az ábrán a V pontban) van. Az eredő nyomaték: M s = R x ρ ζ da = (A) (ξe ξ + ηe η) x σ ζ e da ζ = M hx (9.) A x. számú forrásban megtalálható az integrálások levezetése azt most külön nem részletezem. A behelyettesítések után kapjuk a Grashof-formulát.[7.] 25

25 GRASHOF FORMULA: σ ζ = M hx ρ 0 A + M hx ρ 0 η (10.) I r ρ 0 + η A ρ 0 görbületi sugár és az M hx nyomaték előjelei: 23. ábra Előjelek használata A REDUKÁLT MÁSODRENDŰ NYOMATÉK: I r = ρ 0 ρ 0 + η η2 da (A) (11.) A rúd görbültségének jellemzése: e max = max(e 1,e 2 ), ρ 0 e max hányados a rúd görbültségének mértékét adja meg. Ha a Ha a ρ 0 e max hányados kicsi, akkor a rúd nagyon görbült. ρ 0 e max nagy, akkor a rúd enyhén görbült. A Grashof-elmélet alkalmazhatósága: Ha ρ 0 e max < 3-4, akkor a Grashof-formulár és az I r -t használjuk. Ha 3-4< ρ 0 e max < 8-10, akkor a Grashof-formulár és az I r I x t használjuk. 26

26 Ha ρ 0 e max > 8-10, akkor a görbe rúd egyenes rúdként kezelhető: σ ζ = M hx I ξ A szuperpozíció alapján: Hajlítás: σ ζ, Húzás, nyomás: σ ζ,, Nyírás: = M hx + M hx ρ 0 η ρ 0 A I r ρ 0 +η = N A τ ηζ = T ηs ξ (η) I ξ a(η) Nagyon görbült rudak esetén a húzás-nyomásból és nyírásból eredő feszültségek számításakor másként kell eljárni, nem alkalmazhatóak az egyenes rudakra vonatkozó összefüggések.[7.] η. 4.3 FESZÜLTSÉGEK SZÁMÍTÁSA: Mivel a gyűrű szimmetrikus és egyenszilárdságú a könnyebb számíthatóság érdekében a görbe mentén változó keresztmetszetet nem vettem figyelembe és a gyűrű alakját is egyszerűsítettem. Várhatóan a legnagyobb feszültség a görbe középpont felöli szélső szálában lesz a legnagyobb, illetve a hajlításból eredő legnagyobb feszültség a befalazás felületén fog ébredni így a gyűrű maximális keresztmetszetével számoltam. Majd a számításaimat véges elemes vizsgálat eredményeivel hasonlítottam össze, az egyszerűsített és valós modell alapján. A 24. ábrán az alkatrész mechanikai modellje látható, melyet AB és BC szakaszokra osztottam. A C pontban hat egy koncentrált F erő, aminek hatására a görbe mentén végig haladva, húzás-nyomás, nyírás és hajlítási igénybevételek tapasztalhatók. Ezt követte az igénybevételi ábrák felrajzolása (25. ábra). 24. ábra Mechanikai modell 27

27 25. ábra Igénybevételi ábrák IGÉNYBEVÉTELI FÜGGVÉNYEK MEGHATÁROZÁSA: Az előjel szabályt figyelembe véve (23. ábra): M hx > 0, és ρ0 <0 Rúd irányú igénybevétel függvénye: N = Fcosθ Nyíró igénybevétel függvénye: T = Fsinθ Hajlító nyomaték függvénye: M hx = F(R Rcosθ) M hx = FR(1 cosθ) 28

28 4.3.2 A SÍK GÖRBE TARTÓ ELLENŐRZÉSE FESZÜLTSÉG CSÚCSRA SZÁMÍTÁSSAL: A 24. ábrából látható hogy a veszélyes keresztmetszet, az A pont keresztmetszete. A görbe rúd ellenőrzése húzás és hajlítás igénybevételre történt, mely során a számítás során n=1,2 biztonsági tényezővel számoltam, a Ck75 anyagminőség folyáshatára σ f = 1500MPa A maximális megengedett feszültség: σ max = σ f n = 1500Mpa = 1250Mpa 1,2 az (10.) egyenletet alkalmazva és továbbra is az előjel szabályt figyelembe véve: σ ζ = M hx + M hx ρ 0 ρ 0 A I r ρ 0 +η η, M hx >0, és ρ0 <0 Az A keresztmetszet igénybevétele: 26. ábra Keresztmetszet feszültségeloszlása Első sorban a rúd görbültségét kell meghatározni, hogy lássuk, mely másodrendű nyomatékot lehet használni. [7.] R h = 12,05mm = 3,88 mm 3,1mm 29

29 Ahol: h =3,1mm R= h + r 2 i = 3, = 12,05mm 2 ρ 0 Mivel < 3-4, (vastag falú görbe tartó), így a számítás során I r t használjuk e max A redukált másodendű nyomaték számítása (11.) képlet alapján: I r = ρ 0 ρ 0 + η η2 da = b ρ 0 ρ 0 + η η2 dη (A) h 2 h 2 Integrálás után adódik: abρ 2 0 ( ρ 0 h ln ρ h ρ 0 h 1) 2 I r = 3,1 2 12,05 2 ( 12,05 12,05 + 1,55 ln 3,1 12,05 1,55 1) I r = 5, 015mm 4 Az A keresztmetszet P pontjára számított feszültségek a 10. egyenletbe helyettesítve: Ahol: R = 12.05mm σ ζ (P) = N A + N = Fcosθ = 140N cos180 = 140N M hx A( R) + M hx R I r R + ( η) η M hx = FR(1 cosθ) = 140N 12,05mm (1 cos180 ) = 3374Nmm A = h*b = 6,2mm 2 Ir = 5,015mm 4 η = h 2 = 1,55mm 30

30 σ ζ (P) = 140N 6,2mm Nmm 6,2mm 2 ( 12,05mm) Nmm 5,015mm 4 12,05mm 12,05mm + ( 1,55mm) ( 1,55mm) σ ζ (P) = 946, 54MPa Az A keresztmetszet Q pontjára számított feszültségek: σ ζ (P) = σ ζ (P) = N A + M hx A( R) + M hx R I r R + (η) η 140N 6,2mm Nmm 6,2mm 2 ( 12,05mm) Nmm 5,015mm 4 12,05mm 12,05mm + (1,55mm) (1,55mm) σ ζ (Q) = 1173, 62 MPa σ ζ (Q) = 1173,62 MPa < σ max = 1250MPa Tehát, a tartó feszültség csúcsra megfelelt a Grashof-formula szerint végzett számítás során! VÉGES ELEMES VIZSGÁLAT VÉGZETT FESZÜLTSÉG ELLENŐRZÉS: A seeger gyűrű véges elemes vizsgálatát, a Solid Edge ST 7 tervezőszoftverben végeztem el. A 3D-s modell megalkotása után a szimulációs, beépülő modulban kellet tovább folytatni a vizsgálat előkészítését. Első lépésben ki kellett választani, hogy statikai számítást akarok végezni. Ezután az anyagminőség, megadása következett, melyet a peremfeltételek és terhelések felvétele követett. A test hálózásának finomságát kellett meg, mielőtt a számításokat elvégezte és azt a testen színskála segítségével szemléltette. Első esetben az egyszerűsített geometrián végeztem el a vizsgálatot, hogy ezzel ellenőrizzem számításaim realitását, illetve a későbbikben megbizonyosodjak, hogy a valós geometrián is hasonló peremfeltételek alkalmazásával, reális értékeket kapok eredményül. 31

31 A test megfogásait a 27. ábra szemlélteti. A számításaimhoz hasonlóan, a gyűrű elvágott felületét befalazottként definiáltam. Ehhez a kékkel jelölt felületekre és a nyíllal jelelölt élre vettem fel megfogásokat. A felületek normális irányú elmozdulását kötöttem le, míg az élen a harmadik koordináta irányába való elmozdulást fixáltam. A terhelő erőt a vörössel jelzett felületre merőlegesen a súlypontba vettem fel. 27. ábra Egyszerűsített geometria peremfeltételei A hálózás során a lehető legkisebb elem méretet állítottam be, hogy a lehető legpontosabb értéket kapjam. A számítás így sem tartott tovább néhány percnél. A kapott eredmény a 28. ábrából jó közelítéssel a színskáláról is leolvasható, viszont pontos értéket az ún. szonda segítségével kapunk, ha egy tetszőleges csomópontot választunk ki. Az előzőfejezetben nyert tapasztalatok alapján, ezt a csomópontot a befalazott felület, görbület belseje felé eső él és a szimmetriasík metszéspontjában vettem fel. Itt a maximális feszültségcsúcs: σ max = 1169,577MPa A kapott eredmény, minimális mértékben tér el a számításból kapott értéktől. Így a véges elemes vizsgálat alapján is megfelel a tartó feszültségcsúcsra. 32

32 Az eredmények alapján, a gyűrű eredeti, bonyolultabb geometriáján is elvégezhető a szimulációs vizsgálat, az előbbiekhez hasonló peremfeltételeket alkalmazva közel reális értékeket kapunk. 28. ábra Egyszerűsített geometria feszültségeloszlása 29. ábra Valós geometria peremfeltételei 33

33 Az 29. ábrán látható, hogy a valós geometria esetén is hasonlóan jártam el a peremfeltételek megadásánál, viszont a terhelést a vörössel jelzett felület, a belső hengerpalásttal egybeeső élének középpontjába vettem fel. Mivel a későbbiekben meghatározott szerszámkúp ezzel az élnek a végpontján fog a gyűrűvel érintkezni. Viszont az él középpontjába kell felvenni az erőt, hogy a ferde hajlítást elkerüljük. A feszültségeket az előzőekhez hasonló színskálán látatjuk, illetve a csomópontot is ugyanabban a pontban vizsgáltam. 30. ábra Valós geometria feszültségeloszlása A reálishoz közeli geometriára kapott feszültségcsúcs (30.ábra): σ max = 1099,219MPa 1100MPa Az anyagminőség megengedett feszültsége, ebben az esetben is: σ meg = 1500MPa Az eredmények alapján a seeger gyűrű megfelel feszültségcsúcsra az alkalmazott terhelő erő mellett. 34

34 5. DEFORMÁCIÓ MEGHATÁROZÁSA: A szükséges deformáció meghatározása geometriai úton történt. A gyűrű belső átmérője terheletlen állapotban D=21mm. Ezt az átmérőt kell megváltoztatni ahhoz, hogy a 22,2mm-es tengelyátmérőn át lehessen vezetni a beszúrásig. Ez a deformáció a köralakot torzítja, így a préseléskor a két alkatrész közötti kapcsolat nem egy élen fog megvalósulni, hanem a legrosszabb esetet feltételezve 3 ponton. Az egyenszilárdság adódóan, míg a legnagyobb keresztmetszet fogja a legkisebb alakváltozást szenvedni addig az egyre kisebb keresztmetszetekben nőni fog az alakváltozás mértéke. Ezért első lépésben, a görbe mentén átlagos keresztmetszettel számoltam az egyszerűbb számítások miatt. Szükség van a horizontális és vertikális deformáció számítására. A deformációk számításához szükséges igénybevételek az alábbi ábrán láthatók. 31. ábra Egyszerűsített geometria igénybevételei A deformációk számításához elengedhetetlen, hogy vizsgáljuk a hajlító nyomaték változását a tartó mentén. Az fentebbábrázolt görbe vonalú tartó esetében, a θ függvényében megadható a hajlító nyomaték. Ebben az esetben a dx =rθ, így adódik:[2.],[3.] δ i = U = M hx M hx rdθ P i EI x P i 35

35 5.1 HORIZONTÁLIS DEFORMÁCIÓ 32. ábra Általános síkgörbe terhelése és paraméterei Mivel a gyűrűt egy vastag falú síkgörbe tartóként értelmezhetjük, így a továbbiakban figyelembe kell venni az axiális és nyírófeszültségeket, a későbbiekben az x.y egyenlet kiegészítésre kerül. A hajlító feszültség eloszlása, [2.],[3.]: σ θ = M(r r n) Aer + N A (12.) Így a hajlításból és rúderőből adódó alakváltozási energia: U b = 1 2 σ θ 2 E dv = E [M(r r n) Aer + N A ] 2 r da dθ (13.) U b = (r r n ) 2 EA 2 [M2 e 2 r + 2MN (r r e n ) + N 2 r] da dθ (14.) Az integrálást elvégezve, egyesével a négyzetes zárójelen belül a da-ra vonatkozóan: 36

36 Első tagra kapjuk: (r r n) 2 r da = (r 2r n + r n 2 r ) da = r da 2r n da + r n 2 da r (15.) Ahol: da r = A r n (r r n) 2 da = (r r c 2r n + r n )A = (r c r n )A = ea Az (14.) kifejezés első zárójeles kifejezése: E (M z (r r n ) 2 Ae )2 r dadθ = 1 2 M z 2 EAe dθ (16.) A (14.) kifejezésre visszatérve, a második zárójeles kifejezés: Így a második integrálra adódik: (r r n )da = (r c r n )A = ea 1 2 2MN EA 2 e (r r n)dadθ = M zn EA dθ (17.) Az utolsó zárójeles kifejezés: r da = r c A Végül az utolsó integrál: 1 2 N2 r EA 2 dadθ = 1 2 N2 r c EA dθ (18.) Az előzőeket összeadva az alakváltozási energiára adódik: U b = 1 2 M z 2 EAe dθ + M zn EA dθ N2 r c EA dθ (19.) A nyírási feszültségből adódó alakváltozási energia [2.],[3.]: 37

37 U s = k 1 + υ EA V2 r c dθ (20.) Az (19.) és (20.) egyenleteket összeadva és Castiliano második elméletét alkalmazva [2.],[3.]: δ i = U = M M dθ + M P i EAe P i EA + k 2(1 + υ)r cv EA N dθ + N M P i EA V dθ P i P i dθ + NR EA N dθ P i Végül a horizontális elmozdulásra adódó összefüggés általános alakban [2.],[3.]: δ i = 1 EA [ 1 M M dθ + M N dθ + N M dθ + r e P i P i P c N N dθ + i P i + 2(1 + υ)kr c V V P i dθ ] (21.) Az általam felállított mechanikai modellre értelmezve: M hx = FR(1 cosθ) N = F θ = Fcosθ V = F r = Fsinθ M = M hx = R(1 cosθ) P i F N P i = F θ F = cosθ V P i = F r F = sinθ (δ A ) H = FR EA (R e (1 cos2 θ) dθ 0 π π + cos 2 θ dθ 0 π + cosθ + cos 2 θ dθ 0 π + 2(1 + υ)k sin 2 θ dθ) 0 π + cosθ + cos 2 θ 0 38

38 Elvégezve az integrálást és egyszerűsítést a következőt kapjuk: (δ A ) H = π FR 2 EA (R e (1 + υ)k) (22.) A görbületi középvonal és semleges sugár közötti távolság: e = R r n = 12,05mm 11,9832mm = 0,06675mm Ahol: r n semleges szál sugara, a korábbi adatok alapján: r n = A b dr r A = A b ln r o ri = 6,2mm 2mm ln 13,6mm 10,5mm = 11,9832mm Melyből számítható a görbületi középvonal és semleges sugár közötti távolság: e = r c r n = 12,05mm 11,9832mm = 0,06675mm Az (22) képletbe behelyettesítve az adatokat: (δ A ) H = π 140N 12,05mm MPa 6,2mm 2 ( 12,05mm 0,06675mm (1 + 0,3) 1,2) (δ A ) H = 0, 3846mm 5.2 VERTIKÁLIS DEFORMÁCIÓ: Vertikális deformáció számításánál már elegendő a hajlítást figyelembe venni, mert a zömök görbetartóknál is nagyságrendekkel nagyon az ebből adódó alakváltozás. Ebben az esetben szükség van egy Q virtuális erő alkalmazására a B pontban, ahogy az a xy ábrán is látható: [2.],[3.] (δ A ) V = U Q Q=0 (23.) 39

39 Ennek hatására a hajlító nyomaték a következőképpen alakul θ függvényében: M hx = FR(1 + cosθ) + QR(1 + cosθ) (24.) 0 < θ < π A nyomaték parciális deriváltja: M hx Q = R(1 cosθ) (25.) Az (23.) egyenletbe behelyettesítve az (24.) és (25.) kifejezéseket kapjuk, ha Q = 0: π (δ A ) V = 1 EI x 0 [FR(1 cosθ)[r(1 cosθ)]r] dθ (δ A ) V = FR3 EI x π (1 cosθ) 2 dθ 0 Integrálás után kapjuk: (δ A ) V = FR3 6π EI x 4 Behelyettesítve az adatokat: (δ A ) V = 140N (12,05mm) 3 6π MPa 4,965mm 4 = 1, 11mm EREDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE: A kapott eredményeket a feszültségcsúcs ellenőrzéséhez hasonlóan véges elemes vizsgálattal ellenőriztem. Az alábbi ábrákon látható eredmények elhanyagolható mértékben térnek el a számítás során kapott értékektől. Ebből következően, a seeger gyűrű valós geometriáján alkalmazott szimuláció a valósághoz közeli értéket, így ezt számítással már nem szükséges ellenőrizni. 40

40 A vizsgálat során elég egyszer lefuttatni a számítást, abból megkapjuk a feszültség és elmozdulás értékeket, így a peremfeltételekkel kapcsolatban semmi sem változott, csak a deformációt szemléltető fület kellett kiválasztani, így kaptam meg az alábbi ábrát. 33. ábra Félgyűrű deformációi A vertikális deformációra kapott eredmények (33. ábra) teljesen megegyeznek. A horizontális deformáció esetében, a szimulációban kapott érték, eltérést mutat valószínűsíthetően a program más számítási eljárásai miatt. Az egyszerűsített modellek alakváltozási értékeinek számítása és szimulációja során kapott értékek egyezése miatt, a gyűrű valós geometriájának vizsgálatából kapott eredményeket, számítással már nem ellenőrzöm. 41

41 34. ábra Elmetszett valós geometria deformációi Az 34. ábrából leolvasható deformációs értékek az erő támadáspontjában: (δ A ) H = 0, 671mm (δ A ) V = 1, 301mm Végül a seeger gyűrű teljes geometriáját vettem figyelembe: A peremfeltételek esetében már máshogy kellett eljárni, mint a korábbi befalazott tartóknál. 35. ábra Valós geometria peremfeltételei 42

42 Az 35. ábrán látható, hogy a gyűrűt a kék gömbökkel jelzett pontokban rögzítettem melynek a szögelfordulás szabadságfokai szabadon maradtak. A kék színnel jelzett sík mentén van megengedve elmozdulás. Ahogy azt korábban a piros színnel jelzett lekerekítések belső éleinek középpontjában hatnak az erők, egymásnak ellentétes irányba N. 36. ábra Valós geometria deformációi A várható csatlakozási pontokban az elmozdulás értékek (36. ábra): (δ A ) H = 1, 06mm (δ A ) V = 1, 64mm A gyűrű mindkét szára egyenlő mértékben mozdul el, a szimmetriából és az egyenlő terhelésből adódóan. 43

43 5.4 ALAKVÁLTOZÁS ELLENŐRZÉSE: Egy egyszerű ábra segítségével győződtem meg arról, hogy elegendő lesz-e az alakváltozás. 37. ábra A végbement alakváltozás Az 37. ábrából látható, hogy a d i = 21mm terheletlen belső átmérőjű gyűrű, az alakváltozást követően a szerszámmal érintkező éle elegendő alakváltozást szenved el, mivel a két pont kívül esik a 22,2mm átmérőjű tengely kontúrján. Az alakváltozás során a tengelyközépvonalától az érintkező él 15 -ra távolodott el. 6. PRÉSELÉSI ERŐ MEGHATÁROZÁSA 6.1 IDEÁLIS PRÉSELÉSI KÖRÜLMÉNYEK: A megfelelő munkahenger kiválasztásához elsősorban meg kell határozni, hogy mekkora erő szükséges a seeger gyűrű szerszámkúpon való átpréseléséhez. Elsősorban az előző fejezetben alkalmazatott nyitóerő alapján számoltam, melyhez a 38. ábrán látható egyszerű erőtani modellt vettem alapul. A seeger gyűrűt ebben az esetben csak egy anyagi pontként vettem figyelembe, viszont a későbbiekben láthatjuk, hogy ez nem ad valós értékeket. 44

44 38. ábra A seeger gyűrű és szerszámkúp erőviszonyai ideális esetben A 38. ábráról leolvasható: F f = 280N a préselő erőből keletkező reakció erő, nyitóerő, a korábban alkalmazott erő duplája mivel a seeger gyűrű mindkét szárán hat 140N. P megoszló préselési erő F p a préselésből eredő reakcióerő, mely ideális esetben egy élen oszlik meg. F e eredőerő F n felületre ható normális erő F s súrlódási erő ρ súrlódási félkúpszög A préselési erő meghatározásához, a számítás során figyelembe kell venni a súrlódás legyőzésére fordított és a seeger gyűrű nyitásához szükséges erőt. A nyitáshoz szükséges erőt az előző fejezetekben határoztam meg, viszont ezt csak a gyűrű felére történt, most viszont a gyűrű mindkét végre figyelembe kell venni. Az alábbi összefüggésből számítható a súrlódási félkúpszög: [4.] tan ρ = μ 0 45

45 Ahol: μ 0 a nyugvási súrlódási együttható, dimenzió nélküli A feladatban ez a tényező megegyezik a kinematikai súrlódási együtthatóval, mivel a gyűrű már mozgásban van, mire a legnagyobb préselési erőt éri el a munkafolyamat során. Tehát: μ 0 = μ k (26.) 1. táblázat Csúszási súrlódási együttható A μ k az 1. táblázatból választva [13.], edzett acél az edzett acélon és száraz csúszást és tiszta körülményeket feltételezve: μ k = 0,42 Ebből: Az 35. ábrából számítható: tan ρ = 0,42 ρ = 22,78 δ = 90 ρ 4 = 90 22,78 4 = 63,22 A nyitó és préselő erőre felírva egy tangens függvényt kapom: tan δ = F f F p (27.) 46

46 tan 63,22 = 280N F p F p = 141,31N A kapott eredmény a nyitási erő leküzdése mellet, a súrlódási határérték elérésére elegendő. A biztonságos préseléshez ennél nagyobb értéket célszerű választani: F p = 141,3N 150N 6.2 VALÓS PRÉSELÉSI KÖRÜLMÉNYEK: A valós préselési munkafolyamat során, a seeger gyűrű pontokban illeszkedik fel a kúp palástján, ezáltal rontva az erőviszonyokat. A gyűrű geometriájából adódóan a munkafolyamat kezdetén a kúp palástja, és a gyűrű belső kvázi kör szelvényű éle illeszkedik fel. Míg a préselés folyamán az egyre nagyobb alakváltozás következtében ez a kör alak torzul, majd a végső állapotban az 39 a). ábrán jelzett A,B és C pontokban valósul meg a kapcsolat. a) b) 39. ábra a) valódi terhelés 2D-s szemléltetése b) erőviszonyok 3D-ben szemléltetve 47

47 Az ábrából látható, hogy az valóságban az F r helyettesíti az ideális esetben nyitóerőként szolgáló, F f erőt, mely ebben az esetben egyébként az F r komponense. Az szög, a deformálódott állapotot mutatja. Így a préselési erő már az F r -ből számítható: F r = F f sin = 280N sin15 = 1081,84N A F r erőt behelyettesítve az ideális esetre alkalmas (27.) egyenletbe kapjuk: tan δ = F r F p tan 63,22 = 1081,84N F p F p = 546, 00N 7. PRÉS SZERSZÁM TERVEZÉS 7.1 PRÉSELÉSI KÖRNYEZET: Az elektromos rásegítő motor tengelyének átmérője 22,2mm (40.ábra), így az ehhez az átmérőhöz illeszkedő biztosító gyűrű a din 471 szabvány szerint az AS22 típusnak felel meg. A tengelyvégtől a seeger gyűrű horony 16 mm távolságra helyezkedik el, így a szerszámot pontosan be kell tudni állítani, hogy a lehető legnagyobb biztonsággal tudjuk felhelyezni a gyűrűt. 40. ábra A motor tengelye 3D-s modellje 48

48 7.2 PRÉSSZERSZÁM FUNKCIÓI A művelet során talán legfontosabb szerepet a megvezető kúp kapja. Ezen az alkatrészen lesz legnagyobb a kopás, illetve a felület, fárasztó igénybevételnek is ki lesz téve. Így az anyagválasztás során próbáltam a célnak megfelelő keménységű és a szívósságú anyagot választani. Böhler K110-es anyagot választottam, melynek főbb alkalmazási területei: kivágó, finomkivágó szerszámok, hajlító, húzó, mélyhúzó és hidegfolyató szerszámok valamint sok más mellett kerámia és gyógyszeripari présszerszámok. Különösen nagy az abrazív kopásállósága, magasa a nyomószilárdsága és jó szívósságú, edzéssel 63-65HRC érhető el. (41.ábra) 41. ábra Présszerszám kúp Mivel a motor a palettán ülékeken elhelyezve érkezik az állomás munkaterületére, így a tengely függőleges pozíciójához kell kialakítani a szerszám felépítését. Könnyebb munkavégzést tesz lehetővé, ha a kúpos csapot rögzítjük a mozgó szerszámtesthez. Figyelembe kell venni, hogy a gyűrűt valamilyen módon a szerszám tengely vonalába juttassuk. Erre a célra a seeger-gyűrű nyitásának és megfelelő lemez segítségével rögzítem a kúpot a szerszámtesthez. A lemez geometriai méretei szűk határok között mozoghatnak, mivel a szélessége nem akadályozgatja a gyűrű felhelyezését. A seeger gyűrű nyitása 2mm, a tartólemez vastagsága 1,5mm, élei lekerekítettek.(42.ábra) 49

49 42. ábra Szerszámkúp, a tartólemezzel A présszerszám a munkafolyamat során függőleges lineáris mozgás végez. A lökethossz meghatározásához, figyelembe kell venni, hogy a szemből érkező munkadarab kényelmesen elférjen a szerszám alatt. A prés lefelé mozgásakor történik meg a munkadarab és szerszám központosítása, a szerszámon elhelyezett tájoló kúp segítségével. Visszamozgáskor a szerszám alapállapotba való visszatérését nyomórugó segítségével oldottam meg. Az operátor munkájának megkönnyítése érdekében, az összekötő lemez orientációjára ügyeltem, aminek szögeltérését egy elfordulás gátló csap beépítésével oldottam meg. A nagy termelékenységet figyelembe véve, a sikló felületeket egy önkenő perselycsapágyazást alkalmaztam, mely kopás esetén könnyen cserélhető. Feltehetően a kopás a szerszám más alkatrészei is nagy mértékbe jelentkezni fog, így különös tekintettel kell lenni az anyagválasztásra és felületi érdességre. 50

50 7.3 PRÉSSZERSZÁM FELÉPÍTÉSE 43. ábra Présszerszám felépítése A 43. ábrán látható szerszám az alábbi alkatrészből áll: 1. Szerszámtest 2. Megvezető csap 3. SKF PCM M típusú kenésmentes siklócsapágy 4. Cserélhető présfej 5. Szerszámkúp tartó lemez 6. Szerszámkúp és egyben tájolócsap 7. Nyomórugó 8. Cserélhető adapter a felfogatáshoz 9. Elfordulást gátló csap 51

51 8. AUTOMATA GÉP TERVEZÉSE: 8.1 A BEÉPÍTÉSI KÖRÜLMÉNYEK FELVÁZOLÁSA: A motor összeszerelése során a seeger gyűrűk felhelyezése az utolsó lépés. Tehát ezek a munkaállomások a gyártósor végére kerülnek üzembe helyezésre, ezután a gyártmány már, ellenőrzéseken, teszteléseken fog átmenni. Ez az állomás is közvetlenül, egy ún. zajkabinban kerül beépítésre, ami egy a külvilág hangjaitól teljesen elszigetelt kabin. Itt az operátor kézzel meghajtva a motort ellenőrzi le, hogy generálódik-e valamilyen rendellenes zaj. Ekkor szemrevételezésre kerül a seeger gyűrű megléte, illetve megfelelő illeszkedése. A zajkabin méretei igen szűkösek, ezért a lehető legkisebb méretűre próbáltam a megtervezni az állomást, a beruházási költségeket alacsonyan tartásával és a biztonsági követelmények figyelembevételével. A már meglévő, kiépített gyártósorra való tervezés során, figyelembe kellett venni az alábbi geometriai határokat: a présváz mélysége maximum 130mm paletta pálya magassága 900mm A váz mélységének meghatározásakor figyelembe vettem még az esetleges pálya egyenetlenségeket. Ezen kívül még igény volt a szűkös helykínálat miatt, a minél kisebb szélesség elérésére. Ideális esetben, egy gépvázon meg lehetett volna oldani, a tengely két végére egy időben való préselést, viszont ezt a lehetőséget, a minél egyszerűbb mozgások megvalósítása érdekében a vevő elutasította. A közel 550N préselési erő miatt, a gyakran alkalmazott a PE 200 típusú palettapozícionálót, nem lehet használni, mivel a pozícionáló munkahenger nem tud ellen tartani ekkora erőnek. A palettapályán való feltámasztás, sem oldható meg, mivel a szállító görgőket nem ekkora terhelésre mértezték. Ennek tükrében a pályára erősített profilokra egy pár SKF LLTHL15 lineáris sínnel egy pontos pozícionáló tálcát/fiókot készítettem. 52

52 8.2 PRÉSGÉP FELÉPÍTÉSE 44. ábra Gép felépítése A gyártósorról érkező munkadarabot a palettából való kiemelést követően az operátor a fiókon elhelyezett ülékbe illeszti a motort. A fiókot végállását egy közelségérzékelő iniciátorral érzékeljük, majd a 44. ábrán látható 2. számú pneumatikus munkahenger rögzíti. A betolást követően, kétkezes indítással a préselő (1. számú) munkahenger, megkezdi a préselési folyamatot. A préselési végállást a munkahengeren elhelyezett érzékelő észleli, ennek hatására a szerszám visszaindul alappozícióba. A présvázon elhelyezet szerszám, nagy kinyúlásának köszönhetően, valószínűsíthető a pontatlan egytengelyűség. Ennek kiküszöbölésére a présszerszámot, egy profilsínnel vezetem 53

53 meg, melynek bázisát a présváz adja. A gyűrűadagoló nélküli kivitel esetén az operátornak kell biztosítani a gyűrű szerszámara helyezését, ennek könnyítése érdekében a szerszám orientációja változtatható. Így az adagoló felszerelése esetén, néhány csavart fellazításával könnyedén beállíthatjuk a gépet.(45. ábra) 45. ábra Szerszám lineáris megvezetése Mivel egy gépen, csak a tengely egyik végére illeszthető fel a gyűrű így, szükséges két hasonló gépet egymás mellé telepíteni. A 46. ábrán látható, hogy a két gép gyakorlatilag az ülékben különbözik egymástól, mert a fordított pozícióban más felületeken lehet megtámasztani stabilan a munkadarabot. Mindkét fiókon lévő támasztékok nagy kopás állóságú műanyagból készülnek. Ezen felül a két présváz, egy-egy állványon került elhelyezésre, hogy a tömegük ne a palettapályát terhelje. 54

54 46. ábra Összeépített állomás 9. AUTOMATA ADAGOLÓ KONCEPCIONÁLIS TERVEZÉSE 9.1 ADAGOLÓ BERENDEZÉS KÖVETELMÉNYEI Az automatikus munkadarab adagolás, mindig megkönnyíti a gép kezelését. Ebben a fejezetben próbáltam egy megvalósítható megoldást felvázolni. A gép elsősorban manuális munkadarab adagolásra lett tervezve, de szem előtt kellett tartani a későbbi fejlesztési lehetőséget is. A seeger gyűrű adagolónak, elsősorban az alábbi kritériumoknak kell megfelelnie: 55

55 egyszerű utántölthetőség kis helyigény, minél kisebb mértékben növelje a gép mostani befoglaló méreteit minimális átalakítás a gépvázon nagy ismétlési pontosság kopásálló alkatrészek gyors működés jelenlegi szerszámmal való integrálhatóság Ezen szempontok figyelembe vételével, és a rendelkezésemre álló információk segítségével, próbáltam minél kevesebb és egyszerűbb mozgásokkal megoldani a feladatot. Első lépésben figyelembe kellett venni, hogy milyen kiszerelési formába kerül leszállításra a vevő részére a seeger gyűrű. Ennek tisztázásával eldőlt, hogy milyen rendszerű adagolás technikával valósítható meg, a gyűrű munkatérbe való juttatása. A 47. ábrán látható módon kerül a vevőhöz a munkadarab. Ez esetben lehetőség van egy a présszerszám közelében elhelyezhető tárra. Ennek a tárnak a feltöltését már manuálisan végzi az operátor így ezt könnyel elérhető pozícióba kell helyezni. 47. ábra Seeger gyűrű egységcsomag 9.2 ADAGOLÓ RÉSZEGYSÉGEI A tárhely kialakítása során előnyös, ha felhasználjuk a csomagolásban lévő gyűrűk rendezettségét, és minimális kapacitást is olyanra választjuk, mely képes befogadni az 56

56 egységcsomagolás tartalmát. A 48.ábrán látható, vagy ahhoz hasonló keresztmetszet választása javasolt. 48. ábra Tár keresztmetszete Az oszlopos kialakítású tárban a gyűrűk saját súlyoknál való fokozatos süllyedése, lehetővé teszi egy-egy gyűrű vízszintes irányú eltávolítását. A biztosítógyűrű és a présszerszám egytengelyű pozícióba juttatásához, fel lehet használni ezt a vízszintes lineáris mozgást. A szerszámkúp tartó lemez és a gyűrű nyitásának is minél pontosabban egy síkba kell esniük, így a tárból való eltávolítást követően, a gyűrűnek ezt a pozíciót folyamatosan tartania kell. Gyűrű kontúrjának lekövetését tartottam legoptimálisabb megoldásnak. (49. ábra) 49. ábra Gyűrű kimunkált kontúrja az ülékben 57

57 A gyűrű szerszámkúpra való felhelyezése az, egytengelyűsítést követően történik meg, mikor a 50. ábrán látható pofák eltávolodnak egymástól, így a gyűrű ráesik a kúpra. A pofák kialakítása során törekedtem arra, hogy a szétnyitás alkalmával a gyűrű utolsó stabil alátámasztási pontjai egyszerre szűnjenek meg a szabadesést megelőzően, ezzel is elkerülve a, hogy a gyűrű kibillenjen a kúp szimmetriatengelyére normális síkból. 50. ábra Pofák szétnyitás közben A pofák összezárt állapotban sem hatnak szorító erővel a gyűrűre, különben csökkenne a gyűrű nyitásának keresztmetszete, nehezítve az adagolást. 9.3 TELJES ADAGOLÓ KÉSZÜLÉK Az adagoló berendezés tervezése során a forgó- lineáris mozgás átalakításra is szükség volt, hogy minél kompaktabb legyen a szerkezet. Ezt egy pneumatikus forgató hajtóművel és egy himbakar mechanizmussal oldottam meg. A forgató munkahengernek mechanikusan ig állítható a mozgástartománya. Ezzel lehet pontosan szabályozni a lineáris mozgás által megtett utat.(51. ábra) 58

58 51. ábra Adagoló felépítése Az 52. ábrán látható miként az adagoló a fej szerszám felöli végállásban van nyitott pofákkal. Az általam kidolgozott koncepción kívül, természetesen más megoldás változat is számításba jöhet. 52. ábra Adagoló, a présszerszám környezetében 59

59 10. KOMPLETT GÉP BEMUTATÁSA A végleges koncepciót az 53. ábra mutatja. Az A jelzésű seeger gyűrű prés állomás 3D-s modelljéből alkotott összeállítási rajzot az 1. melléklet tartalmazza. A présváz méretezett műhelyrajza a 2. mellékletben található. További összeállítási- és műhelyrajzok a Solid Edge ST7 tervező programmal készíthetők. Az állomás az alábbi egységekből épül fel, a palettapályán és az ülékeken kívül minden duplikálva van, ezeket külön nem jelöltem. 1. Előre kiépített palettapálya 5. Prés munkahenger 2. Munkadarab tálca ülékekkel 6. Prés szerszám 3. Elektromos kerékpármotor (munkadarab) 7. Seeger gyűrű adagoló készülék 4. Hegesztett gépváz 8. Állvány 53. ábra Komplett állomás axonometrikus vázlata 60