Kaj Nielsen Side 1
Titelblad Projekttitel: Speciale: Maskinkonstruktion. Virksomheds praktik: ESKIMO A/S - Avnvej 11, 7400 Herning. Udarbejdet af: Kaj Juul Nielsen. Uddannelsesinstitutionens navn: Erhvervsakademi Midtjylland. Vejledning: Vejleder Carl Jensen Uddannelsens navn: Produktionsteknolog. Dato for aflevering: 31. maj 2007. Kaj Nielsen Side 2
Indholdsfortegnelse Titelblad.2 Indholdsfortegnelse 3 Forord.4 Indledning..5 Udvælgelses fasen 6 Brainstorming..7 Valg af maskine opbygning.8 Konstruktions fasen..9 Produkt gennemgang.10 Ekstern produkt oversigt 19 Pneumatik oversigt.20 PLC opbygning...21 Metodevalg.23 Koldsav...23 CNC 23 Tig svejsning...24 Drejebænk...24 Søgleboremaskine...25 Gnist bearbejdning..25 Sikkerhed...26 Beregnings fasen.27 Beregnings oversigt 27 Beregnings principper.28 Dokumentations fasen.29 CE mærkning..29 Teknisk dokumentation..30 Udformning af CE mærke..30 Vejledning ved udarbejdelse af CE mærkning...32 Arbejdes tegninger..33 Tilbehør til maskine samling..34 Præsentations fasen.35 Trin 1..35 Trin 2..35 Trin 3..36 Trin 4..36 Trin 5..37 Trin 6..37 Trin 7..38 Trin 8..38 Trin 9..39 Trin 10 39 Tilbagebetalings prognose.41 Konklusion...42 Litteratur liste...43 Bilags oversigt...44 Kaj Nielsen Side 3
Forord Speciel konstruktionsprojektet er udvalgt i samarbejde med ESKIMO A/S, og består af opgaven med at konstruere en maskine som kan påsætte skafter til fugeskeer ved hjælp af en, eller flere cylindere. Opgaven tager udgangspunkt i de 2 grundideer som var skitseret i analysefasen og i første del af konstruktionsfasen vil den endelige konstruktionsopgave blive udvalgt i samarbejde med ledelse og medarbejdere hos ESKIMO A/S. Konstruktionsopgaven er specifik udvalgt af virksomheden pga. de pt. ikke har maskiner til dette arbejde, men montagen af skaften på en fugeskeer sker manuelt. I forbindelse med konstruktionsfasen er der lagt væk på beregninger i områder indenfor bolte, reaktion, svejsninger og fjedre. Jeg vil gerne takke følgende firmaer for informationer under konstruktions forløb. Kaj Nielsen Side 4
Indledning Projektet vil tage udgangspunkt i fremstillings proces for firmaets fugeskeer sortiment fra 6 til 14 mm. Dette sortiment udgør ca. 20 % af firmaets produktion af murerværktøj, og består af 5 forskellige blad bredder. Denne type fugeskeer adskiller sig fra firmaets øvrige sortiment af skeer, ved at være fremstillet som et stykke, dvs. at skaft, hals og blad er lavet i en del af valset stål, i modsætning til de andre typer som er sammensvejst af valset plade og rundjern. Denne type fugeskeer er lavet af 2,5 mm stål med en høj trækstyrke, brudstyrke og hårdhed, som kendetegn. For at sikre et stabilt og kvalitets mæssigt godt produkt, vil skeens halsstykke være sammenpresset efter opvarmning, således at materiale tykkelsen for denne del vil være forøget op til 100 %. Hovedopgaven for konstruktionsopgaven bliver at konstruere en maskine til montage af skafter til disse skeer, med hensyntagen til den specielle form disse skeer har før, og under montage af skaft. Ud over konstruktion vil der blive udført nødvendigt dokumentation for maskinen ifølge EU's maskine direktiv. Formålet med maskinen vil være at kunne forbedre arbejdsmiljøet for medarbejdere og nedsætte produktionsomkostningerne på lang sigt. Konstruktionsopgaven vil være opdelt i 5 faser: Udvælgelsesfasen Konstruktionsfasen Beregningsfasen Dokumentationsfasen Præsentationsfasen Projektet vil være afgrænset med hensyn til opbygning af PLC styring til maskinen. Da styringen indkøbes hos underleverandør vil der i dokumentationsfasen ikke være et komplet dossier, men være fokuseret på risikovurdering, samt drift og vedligeholdelse vejledning for maskinen. Yderligere information om fugeskeer henvises der til bilag afsnit 2 & 10 eller www.eskimo.dk. Kaj Nielsen Side 5
Udvælgelsesfasen Konklusionen fra analysefasen blev at udvælgelse af maskindesign skulle ske i samarbejde med ESKIMO. Ved møde på ESKIMO d. 3. april 2007 blev begge grundideer gennemgået og den endelige maskindesign valgt. De 2 ideer blev gennemgået på et 2 timers fællesmøde hvor direktør Arne Jensen, lagerchefen Kurt Markussen samt produktionsmedarbejder Hugo Nielsen deltog. De 2 ideer blev gennemgået således: C3 C1 C2 Kaj Nielsen Side 6
Maskinen som påsætter skaftet i vandret stilling har en bredde på 1300 mm og en højde uden cylinder på 424 mm.(incl. cylinder 606 mm.) Til maskinen bruges 3 cylindere på henholdsvis Ø100(C1), Ø25(C2) samt Ø40(C3) mm. Maskinen som påsætter skaftet i lodret stilling har en bredde på 700 mm og en højde uden cylinder på 840 mm.( inkl. cylinder1229 mm.) Til maskinen bruges 4 cylindere på henholdsvis Ø100(C1), 2 stk. Ø20(C2) samt Ø25(C3). Begge maskinens cyklus vil være C1+C1-C2-C1+C1-C3-C2+ efter at skeen er placeret i værktøjet og cylinder C3+ er aktiveret med en fodpedal. C1 C2 C2 C3 Kaj Nielsen Side 7
Efter gennemgang af de 2 ideer på et Power Point præsentation, blev der lavet en brainstorming hvor fordele og ulemper blev gennemgået. De røde pile indikerer ulemper, mens de grønne indikerer fordele: Som det fremgår af denne FOR og IMOD analyses valgte deltagerne at vægte sikkerhed, ergonomisk korrekt arbejdshøjde, produktions metode samt den mulighed der foreligger for at automatisere en del af maskinen på et senere tidspunkt, højt. Alle deltagere deltog ihærdigt i udvælgelsen og som det fremgår af de farvede pile, fik den vandrette løsning 2 grønne pile, mens den vandrette fik hele 5 grønne pile. Mødet sluttede med et enstemmigt valg af den vandrette forslag til skafte maskinen som der vil blive arbejdet videre med i de næste 4 faser. Kaj Nielsen Side 8
Konstruktionsfasen Efter at have fået valgt design på maskinen og fået fastslået hvilke forventninger ESKIMO havde til projektet, er tiden kommet til den egentlige konstruktionsfase. I denne fase vil jeg beskrive de enkle dele i maskinen, samt de tanker der har præget udviklingen fra grundide til den færdige maskine. For at forenkle og gøre det forståelig for den der skal læse rapporten vil jeg navngive hoved komponenterne i maskinen. Maskinen består ud over den tegnede maskine af 3 cylindre som til projektet er indkøbt hos FESTO. Alle beregninger vedr. cylindertryk vil tage udgangspunkt i en maximalt tryk på 10 bar. 100 mm cylinder som presser skaftet på fugeskeen (Nederst til venstre) =C1 25 mm cylinder som sidder i en glide skinne/midt sektionen =C2 40 mm cylinder som lukker de 2 matricer sammen(øverst i UNP profil) =C3 Den øverste top ramme som er lavet i UNP profil =TR Bundrammen =BR Højre side ramme =HR Venstre side ramme =VR Midt ramme som har glide skine på begge sider =MR Kaj Nielsen Side 9
Maskinens hoved materiale er valset stål. Jeg har i opgaven valgt at bruge en 20 mm stålplade i maskinens sider selv om jeg kunne have valgt 15/10 mm, uden at dette ville have betydet noget for maskines beregninger. Dette er alene foretaget ud fra design og vedligeholdelses mæssige årsager. Dette skal forstås sådan at jeg ved brug af f.eks. 10 mm stål ville være nødsaget til at ændre i den måde delene er boltet sammen på og at TR ville være lukket i begge ender som kunne have udløst rust dannelse på bestemte dele af maskinen i fremtiden. VR er lavet med 4 stk. gevindhuller, samt en styrestift hvor den skal samles med TR. Skrue hullerne er centret midt på pladen. De 2 øverste huller på den udvendige side af rammen er til montage sammen med de kiler som er svejst på TR. De 2 huller i midten bruges til at samle rammen med overpladen. Denne plade er en del af skafte holderen og vil blive omtalt senere. De nederste 4 huller er der hvor VR bliver boltet sammen med BR. Ud over disse 4 skruer består samlingen af en styrestift mellem de to dele. Begge sider vil være ubehandlet på fladerne, mens der på endeflader er bearbejdet på CNC maskine samtidigt med bore og gevindarbejde på alle flader. TR som er produceret i UNP profil 75 * 200 udgør maskines overdel. På TR er der svejst 2 kiler på som stabilisator. TR er udover at være samlet med begge sider rammer også samlet med MR. Denne samling sker med umbraco skruer og 2 styrestifter. Desuden er på TR monteret den cylinder som presser den øverste matrice på plads når skeen lægges i den nederst Kaj Nielsen Side 10
matrice. Denne cylinder har en slagslængde på 120 mm og 2 sensorer til PLC styringen. Det vil derfor være de 4 gevindstænger som udgør belastnings punkt under drift. Der er valgt UNP profil til opgaven ud fra design og økonomiske hensyn. TR vil blive tilpasset MR med 2 styrestifter og 4 skruer. MR vil ligeledes fastgøres i BR med skruer, men ingen stifter. I denne fase har jeg valgt at fræse en spor i BR til dette formål og dette er valgt pga. det er i BR at kraften fra cylinderen vil forplante sig. På venstre side af MR er der monteret 2 stk. glide skinner i området omkring center hulet. Disse bruges til den stopplade hvorpå skaftets ring bliver presset på. Denne stopplade bliver styret af C2 cylinder som er monteret på en 12 mm stift øverst på MR. BR er bearbejdet på oversiden samt endeflader, og der er lavet et spor i rammen hvor cylinder og matrice er tilpasset. C3s slaglængde er på 50 mm. Den højre side af MR har ligeledes 2 stk. glide skinner, men disse er placeret i den øverste område på MR. Disse skinner bruges til den øverste matrice som bliver aktiveret af C3. Denne matrice vil udover at trykke på nederst matrice, også have en pal som presser skeen på plads, således at skaftet rammer skeen hver gang. Valg af dimension af materiale til MR er sket ud fra hensyn til de påmonterede skinner. Kaj Nielsen Side 11
Til montage af glide skinner medfølger der tilpasnings plader til justering, og ved ibrugtagelse vil disse være brugt. De på forhånd monterede tilpasninger kan så efterfølgende fjernes ved slidtage. Disse justerings plader er i et sortiment fra 0,1 mm og op til 1 mm i et interval på 0,05 mm. Disse tilpasnings plader købes ekstern fra under leverandør. Da palen jo bliver presset væk når skaftet bliver monteret, vil den øverste matrice få et skævt tryk hvis ikke der på MR er monteret et stop. Denne stop består af 2 stop klodser som er svejst på rammen. I klodsen er der lavet M5 gevind og i disse gevind huller sidder stop skruen. For justerings mæssige hensyn har hver skrue en kontra møtrik. Stop klodserne er svejst hele vejen rundt med en kantsøm (A mål 0,75). MRs 2 sider er bearbedet på CNC bearbejdnings center pga. frisions modstand mellem MR og matrice, og lige som de øvrige plader er de 2 ender bearbejdet på CNC samtidigt med boring af huller og geving skæring. Den øverste matrice er formet således at den passer til den nederst og kan fastholde skeen på en placering som er ens hver gang. Matricens pal er monteret med et stål stift, hvorpå der er påsat en låseskive. Under matricen er der placeret 2 træk fjedre som trækker palen tilbage til udgangs stilling når matricen går tilbage efter skaftet er monteret. Matricen bevæges mellem Kaj Nielsen Side 12
de 2 glide skinner og bevæges ved hjælp af C3. C3s stempel er centret øverst på matricen. For at have en jævn og stabilt bevægelse på matricen er der fræset en smørekanal på begge sider af matricen, samt lavet en nedfræsning på bagsiden af matricen. C3s slaglængde er på 120 mm. På den modsatte side af MR har vi stoppladen som bevæges ved hjælp af C2. Stoppladen har et konisk angrebspunkt på 20 grader som gør at formen passer til alle skafte ringe. Udformningen af denne gør det mere betjenings venlig da risikoen for at ringen bliver skævt ikke er til stede. Stop pladen er produceret således at den kan klare en belastning fra C1 på 10 bar. C2 placeres på en 12 mm stift øverst på MR og vil blive aktiveret når maskines cyklus igangsættes. Lige som matricen vil stop pladen være forsynet med smørekanal og smøre nipler, samt forsynet med en nedfræsning på matricens bagside. Den nederste matrice er udformet således at den passer til alle bredder af fugeskeer. Det eneste der skiftes mellem de forskellige bredder er den cylinder formet skinne. Denne skinne skiftes meget nemt, da den er monteret med 2 kugler som er fjedre påvirket så den lige er til at skubbe ud og dermed indsætte en anden som passer til f.eks. en 10 mm fugeske. Kaj Nielsen Side 13
Matricen boltes på BR med 4 skruer og derudover er der mellem matrice og bundramme 2 stk. 10 mm stifter. Disse stifter er i stål 50-2 og er monteret for at udligne den belastning som C1 vil udgøre når skaftet bliver presset på skeen. Lige som skeen lægger i matricen vil den også hvile på et fjederstyr som har form som skeens hals. Når skeen lægges på plads og den øverste matrice presses på plads, vil skeen ligge presset på plads mellem palen på den øverste, og fjederstyret på den nederste matrice. Når C1 så presser skaftet på skeen og når til skeens hals, vil den øverste pal vippe tilbage i matricen og det nederste fjederstyr vil blive presset tilbage i matricen. Når den øverste matrice så bliver sendt retur vil palen blive trukket tilbage af de 2 trækfjedre, mens fjedrestyret i den nederst vil gå retur når den færdige ske fjernes. Stedet som skaftet og ring bliver placeret inden påsætning er meget svært at beskrive i ord så jeg vil forsøge ved hjælp af små billeder at beskrive dette. Skafte holderen består af 2 dele: Den øverste som er boltet sammen med BR og VR. Denne del er derfor fast monteret og vil virke som en tragt for skaftet. Den nederste del bliver styret af flere faktorer. Kaj Nielsen Side 14
Sidevejs styres den i BR, men den lodret styres af en stift der går gennem holderen og styres ved hjælp af 2 spor i BR. For at holde den på plads sammen med overdelen bliver den presset på plads af 4 fjedre mellem BR og underdel. Når underdelen er presset på plads vil det være sådan at skaftet i holderen vil være i centrum af den dorn der skal presse skaftet på skeen. Skaftet og ring lægges i holderen og processen kan starte Opbygningen af skafte holderen med 4 fjedre gør at når dornen som fremfører skaftet når midt af holderen vil dornen ramme holderen. Det vil bevirke at holderen vil vippe svagt til venstre indtil dornen når forbi midt punktet, derefter vil holderen rette sig op og den nederste holder vil blive presset ned så dornen kan passere. Dornens længde er bevist lavet således at når skaftet er presset på skeen vil dornen stadig være over holderen, og skal derfor ikke påvirke fjedrene yderligere når dornen går retur til C1- Skaftet er nu presset sammen med ring og stoppladen er gået retur til C2- Kaj Nielsen Side 15
C2s slaglængde vil være 50 mm således at spære pladen kan være helt fri af dornens arbejdes område. I området mellem C1 og TR vil der være monteret en ALU plade. På denne ALU plade vil ventiler og andet pneumatik udstyr være monteret således at man kan kolde alle dele samlet. Regulering ventil samt vand udskiller vil dog være monteret på udvendig side af VR. Denne afdæknings skærm vil være foldet og have 8 lasker med Ø5,5 huller til fastgørelse i TR samt overplade ved C1. På bagsiden af maskinen vil der være monteret en sikkerhedsskærm. Skærmen som er lavet at 5 mm. PVC plast og dække hele bagsiden af maskinen. Mellem PVC og maskiner er der indsat 6 mm. gummi afstandsstykker således at slanger kan passere. Skærmen er monteret på maskinen med undersænket skruer. Kaj Nielsen Side 16
Der vil i forbindelse med denne afskærmning være påsat en kontakt der gør at hvis skærmen afmonteres under drift, vil processen afbrydes, lige som den ej heller kan påbegyndes uden skærmen. Hvis processen afbrydes vil den ikke kunne genstartes inden skærmen er påsat igen og styringen reset. Reset trykknappen er med lys indikation og placeret på PLC boksen som er placeret på væggen. Maskinens forside er udstyret med lysgitter som vil afbryde cyklusen hvis denne brydes. At maskine er aflukket på bagsiden, og dækket af lysgitter på forsiden, gør at maskinen ikke som tidligere påtænkt vil være udstyret på to hånds betjening, men at cyklusen ville kunne igangsættes med et enkelt knap. C1 cylinderen vil have 4 bevægelses sensorer monteret. Jeg kunne have valgt kun at have 3 stk. da styringen kunne have sendt cylinderen retur til udgangsstilling når ring var presset på skaftet, men grunden til af jeg valgte en ekstra sensor var ønsket om at C1 ikke skulle kører længere tilbage mellem operatonerne end nødvendigt. Ved at vælge 4 sensorer sparer vi operation tid samt at C1 efter denne operation kun køres retur til sensor 2. Derved bliver dornen i området og skal ikke igen påvirke de 4 fjedre som presser underdel af holden ned. (Denne billed er en målsat kopi af FESTOs produkter) Kaj Nielsen Side 17
C2 vil have 2 sensorer og det vil betyde at den enten er aktiveret i udgangsstilling hvor den er i C2+ eller når ring er presset på skaftet og C2 er kørt retur til C1-. (Denne billed er en målsat kopi af FESTOs produkter) C3 vil ligeledes have 2 sensorer. Udgangsstillingen for C3 vil være C3-. Når skeen er placeret i den nederste matrice og operatør aktiverer fod pedalen vil den gå i C3+. Den forbliver i C3+ indtil cyklusen er afsluttet og at C2+ sensor er aktiveret. Derefter vil C3 returnere til udgangs position og cyklusen være afsluttet. (Denne billed er en målsat kopi af FESTOs produkter) Til opgaven har jeg valgt at indkøbe pneumatik udstyret hos FESTO, og de enkle dele vil blive specificeret ifølge FESTOs produktions oversigt på side 19 & 20, samt under bilag afsnit 7 og på www.festo.dk Kaj Nielsen Side 18
Eksternt produkt oversigt: CYLINDER OVERSIGT: Produkt nummer: DSNU-25-PPV-A Ø: 25 mm. Cylinder tryk - 10 bar frem: 490 N Slaglængde: 50 mm. Produkt nummer: DNG-40-PPV-A Ø: 40 mm. Cylinder tryk - 10 bar frem: 1256 N Slaglængde: 120 mm. Produkt nummer: DNG-100-PPV-A Ø: 100 mm. Cylinder tryk - 10 bar frem: 7854 N Slaglængde: 290 mm. Vægt beregning for FESTOs aluminiums cylindere: DNG-100-PPV-A DNG-40-PPV-A DSNU-25-PPV-A 7 kg. 1,3 kg. 0,3 kg. Kaj Nielsen Side 19
Pneumatik tilbehørs oversigt: PNEUMATIK OVERSIGT: Produkt nummer: CPE18-M1H-5L-QS-8-163150 Flow: 850 L/min Operations område: 2,5 til 10 bar. Data: 24 volt DC - 1,5 W Produkt nummer: LFR-M7-D-7-5M-MICRO-H-B-534185 Flow: 280 L/min Operations område: 1 til 10 bar Storage temperatur: C -10 til -60 Produkt nummer: GRLA-M5-QS-3RS-D-197576 Flow: 100 L/min Operations område: 0,2 til 10 bar Storage temperatur: C -10 til -60 Produkt nummer: CRVZS-20-534845 Indhold: 20 L Operations område: 0,95 til 16 bar Vægt: 10 Kg. Kaj Nielsen Side 20
Opbygning af PLC styring inkl. 3 nødstop kredse. PLC styringen opbygges af ekstern leverandør og leveres sammen med lysgitter, nødstop kredse, samt alt udstyr til opbygning af den komplette maskine. Skabet til PLC styringen placeres på væggen bag maskinen og er udstyret med en afbryder kontakt, samt knap til at genstarte styringen efter at en, eller flere kredse er afbrudt. Denne knap vil lyse ved afbrydelse af en kreds, og kan genstartes ved at trykke på knappen indtil lampen slukkes. Kan knappen ikke slukkes er en eller flere kredse defekte og alle kredse skal gennemgås. Maskinen har ligeledes en styrepult som består af et låst nødstop, og en knap til at starte cyklusen med. Fod pedal bruges til at lukke de 2 matricer sammen med inden cyklusen kan Kaj Nielsen Side 21
sættes i gang. Styringen er opbygget således at cyklusen ikke kan igangsættes, uden at de 2 matricer er lukket sammen. Styringen vil være opbygget i 24 volt DC og være forbundet til tavle, pult, pedal, lys gitter, sikkerheds kontakt samt 8 sensorer som er placeret ved de 3 cylindere. Den lys gitter der er valgt til projektet vil have en længde på 300 mm og vil derfor dække hele maskinens forside og lys gitter vil blive skruet fast på maskinens side rammer således at ingen legemes dele vil kunne komme i fare for skader under arbejdet ved maskinen. Arbejdet med opbygning af maskinens PLC styring samt leverandør af maskinens lysgitter forventes udført af firmaet GIPO og er budgetteret til at koste 15.000 kr. Opbygning af styringen vil være uddybet under bilag, afsnit 8. Uddybende materiale for lys gitter vil være placeret under bilag afsnit 9. Kaj Nielsen Side 22
Metodevalg Opgaven med at bearbejde de mange dele til maskinen vil blive overdraget til ekstern maskinfabrik. Dette skyldes at ESKIMO A/S ikke råder over udstyr og medarbejdere der kan udføre dette arbejde. Arbejdet vil ligesom arbejdet med opbygning af PLC styringen kunne forventes at skulle udføres af GIPO. Denne fabrik er placeret i Lind og arbejder til daglig med opbygning af speciel maskinen, og vil derfor være en ideel samarbejdes partner i denne proces. Bearbejdnings proces forudsætter som minimum at følgende maskiner er til stede: Kold sav / båndsav Da der ikke bruges hele længder af materiale skal både konsol og værktøj saves i passende stykker inden forarbejdning. CNC fræse bearbejdnings center Hvad er CNC! Computer Numeric Control, og er en fræser der styres fra en computer, typisk via G-koder eller lignende interface. Emnet der skal fabrikeres laves typisk i et CAD program. Side rammer : Skal bearbejdes på begge ende flader, samt montage huller bores i samme opspænding for at overholde den angivne tolerance mål. Gevind arbejde kan evt. udføres manuelt. Bund ramme : Skal ligeledes bearbejdes på begge ende flader samtidigt med at den ene længde flade bliver bearbejdet. Denne flade skal desuden danne grundlag for montage af både matricer, cylinder, skafteholder, samt midt ramme hvorved der stilles højere krav til tolerance og ruhed af behandlingen. Kaj Nielsen Side 23
Denne maskindels længde og udformning gør at der stilles store krav til tolerance pga. de mange stifter og skrue huller der fremgår af arbejdes tegningerne. Midt rammen : Skal bearbejdes på 4 af pladen 6 sider og bearbejdes i 2 eller 3 opspændinger. Denne del er den mest krævende del af arbejdet da der stilles høje tolerance ønsker pga. der bruges stål stifter til montage af glide skinner på begge sider af rammen. Ligeledes kræver det en glat overside for at nedsætte friktionen mellem matrice og ramme. Ligeledes skal der laves en udfræsning til at dornen kan passere mellem de to operationen. Denne pasning lavet i to opspændinger da den laves konisk til begge sider pga. dornens udformning Under / over matrice : Skal formes således at de passer sammen om skeen. Dette arbejde stiller store krav til maskine kapacitet og ydeevne. Pga. skeens specielle udformning vil dette arbejde kræve omhyggelighed ved bearbejdnings centeret, da disse dele skal bearbejdes på alle sider og har mange tilpasnings behov. Der er ikke tvivl om at man kan klare dette arbejde ved en CNC center, men det kan måske være en fordel for firmaet at få lavet arbejdet med under matricen ude i byen som gnist bearbejdning. Beskrivelse af gnist teknologi under bilag afsnit 10. Tig svejser Der vil være behov for at kunne have en svejser til rådighed og særlig pga. arbejdet med midt rammen vil det være tilrådelig at der bruges TIG svejsning til dette. Ved montage af stopklodser på midt rammen skal der tages hensyn til der på midt ramme skal være glide skinner og at det derfor tilrådes ikke at bruge en for høj opvarmning af disse emner. Der udover skal der svejses 2 kiler på top rammen. Disse kiler virker som stabilisator for maskinen og svejses med en A mål på 5. Denne opration kan udføres med CO2 svejser eller elektrode svejser. Drejebænk Kaj Nielsen Side 24
Skafte dornen er udformet til at passe til et skaft fra ekstern leverandør. Disse skafte kan variere i ruhed og derfor vil der stilles krav til udformning til denne dorn som kan udligne denne variant. Udover drejearbejde vil der også være arbejde på søjle boremaskine, samt manuelt gevind arbejde som stiller krav om tolerance arbejde. Ud over dorn skal der drejes stifter samt fjeder styr til undermatrice. Søjleboremaskine Man kan ikke lave en maskine af denne størrelse uden at have rådighed over en søjlebore maskine. Der vil altid uanset maskinpark være brug for en sådan, både til bore men også til gevind skæring. Gnist bearbejdning Vælger GIPO at udføre arbejdet delvis ved gnist bearbejdning skal de bruge et eksternt firma til dette da de ikke råder over en maskine til dette formål. For yderligere info om gnist teknologi, kan der henvises til bilag afsnit 10. Kaj Nielsen Side 25
Sikkerhed I forbindelse med konstruktion arbejdet har jeg gennemset diverse DS blade som blev nævnt i analysefasen. Jeg har udvalgt de der har betydning for denne maskine samt udstyr til samme, og vil henvise til analyse rapport, samt litteratur liste som findes bagest i rapporten.. Jeg har valgt at fokusere på sikkerheds som hovedområde og de tiltag som kan gøres for at nedbringe risikoen for tilskadekomst for operatører. Indenfor sikkerheds findes der mange tiltag som kan reducere risikoen og jeg har valgt at sikre maskinen, både i operationssiden men også i områder hvor forsigtigheds princip nemt kunne omgås. Her tænker jeg specielt på områder hvor man kunne afmontere skærme og andet sikrings beskyttelse uden at montere disse igen når processen genoptages. Maskinen er konstrueret således at alle områder af maskinen er dækket af sikringskontakter eller lys gitter og selv manuelt brug af fod pedal er dækket ind under lys gitter. Pga. maskinens afdækning og lys gitter har jeg undladt at bruge to hånds betjening af cyklus start. Ved udarbejdelse af risiko vurdering har jeg valgt at fokusere på ATs kilde angivelse. Lys gitter er af mærket FOCUS F2-14-300 med en længde på 300 mm. Denne type gitter har en reaktionstid på mellem 15/45 ms. samt en rækkevidde på 6 m. For yderligere info. om FOCUS lys gitter, samt sikkerhedsråd henvises der til bilag afsnit 9. Kaj Nielsen Side 26
Beregningsfasen Under konstruktionsfasen er der skelet til beregninger indenfor følgende områder: Bolt beregninger Reaktions beregning inkl. M & Q kurver Svejse beregninger Fjedre beregninger De beregninger som inddrager tryk fra en eller flere cylindre er der taget udgangs punkt i at trykket kan variere mellem 6 & 10 bar og at udgangspunktet derfor er det maximale tryk på 10 bar. Beregninger af dette tryk omregnet til N kan der henvises til bilag afsnit 4 mrk. M inden gennemgang af disse beregninger. Der er i konstruktions fase brugt både træk og tryk fjedre. For hovedparten af disse vil beregninger dreje sig om disse fjedre kan sammen presses i henhold til formålet ( F.max ) og ikke så meget fjederens P.max. I konstruktionsfasen er der udelukkende brugt standard fjedre, men for afsnit F kan der være tale om at der på et senere tidspunkt skal frem skaffes andre fjedre af f.eks. tråd tykkelse 0,5 i stedet for den brugte tråd på 0,63 mm. Dette skyldes at disse fjedre kun har til formål at holde de 2 holdere sammen, og at derfor måske kan være hensigt mæssigt at nedsætte tråd tykkelsen efter test kørsel af maskinen. Bagest i beregnings afsnittet underbilag vil der være vedlagt ANSYS beregninger for spærre plade, samt Ø 100 mm. cylinder beslag. Beregningerne vil være placeret under bilag afsnit 4 og være inddelt i følgende afsnit: Kaj Nielsen Side 27
Beskrivelse af de enkle beregnings punkter kan læses under bilag, afsnit 4. Samt ANSYS beregning for: Beslag for Ø100 mm. cylinder Spære plade for dølle ring ANSYS beregningerne vil være placeret bagest i afsnit 4 under bilag. Kaj Nielsen Side 28
Dokumentationsfasen I denne fase vil maskinens CE mærkning være beskrevet og alle arbejdstegninger være udført, samt en beskrivelse af hvorfor og hvordan disse er fremstillet. CE mærkning Skaftemaskinen udformning gør at den underlagt EFs maskine direktiv 98/37/EF og skal således CE mærkes. Direktiv 98/37 er udarbejdet af Europa Parlamentet 22. juni 1998 og omhandler maskiner der produceres/ibrugtager, og fastlægger de væsentlige sikkerheds og sundhedskrav i forbindelse med maskiner og sikkerhedskomponenter. Hvad forstås ved en maskine! En række indbyrdes forbundne dele eller anordninger, hvoraf mindst en er bevægelig, samt evt. start indretninger, styrekredsløb og energikredsløb der er samlet således, at de er indbyrdes forbundne, med henblik på en nærmere fastlagt anvendelse, navnlig forarbejdning, behandling, flytning og emballering af et materiale. Vurderings procedure! For at kunne ibrugtage et produkt skal producenten sikre sig at produktet er i overensstemmelse med direktivets væsentlige krav, og at denne procedure kan for maskindirektivets vedkommende foregå på mange forskellige måder afhængig af produktets potentielle farlighed samt valg af standarder. I de fleste tilfælde kan producenten selv- på baggrund af en risikovurdering og udarbejdelses af et teknisk dossier erklære at der er overensstemmelse mellem produktet, og det tekniske materiale og underskrive en overensstemmelseserklæring. Dette gælder kun for maskiner der ikke er nævnt i bilag IV om farlige maskiner, såfremt der ikke er anvendt harmoniserede standarder. For farlige maskiner hvor der ikke er anvendt harmoniserede standarder kræver overensstemmelsesprocedure en 3 part, eller et bemyndigende organ, som f.eks. hvis en maskine skal trykprøves. Kaj Nielsen Side 29
Teknisk dokumentation Den tekniske dokumentation er på mange måder resultatet af den risikovurdering som producenten løbende foretager i produktets konstruktionsforløb. Den tekniske dokumentation består hovedsagelig af: Tekniske tegninger og funktionsdiagrammer. En overskuelig risikovurdering samt en redegørelse for hvordan producenten har opfyldt de væsentlige krav, der er relevante for produktet. Fortegnelse over anvendte standarder. Prøve resultater som producenten finder det hensigtsmæssigt at medtage, eller som har været påkrævet som led i en overensstemmelsesprocedure. Leverandørens overensstemmelses eller komponenterklæring. Brugsanvisning, servicemanualer og vedligeholdelses forskrifter, der udleveres sammen med produktet. Eventuel egen overensstemmelseserklæring. Den tekniske dokumentation skal have plads ved producenten, og skal kunne udleveres til relevante myndigheder ved forlangende. Der gøres opmærksom på at der er lavet en afgrænsning af projektet i indledningen, og at den tekniske dokumentation derfor ikke vil være fyldestgørende, men være fokuseret på risikovurdering, samle vejledning og vedligeholdelses forskrifter. Hvordan skal en CE mærke se ud? Som hovedregel består mærket udelukkende af det særlige CE symbol. Hvis et bemyndiget organ har deltaget i forløbet, anbringes det bemyndigede organs identifikations nummer ofte i forlængelse af CE mærket. Mærkningen må ikke kombineres med andet, der kan forhindre en hurtig og entydig opfattelse af det officielle CE mærkat. Mærket består af bogstaverne CE udformet som halvcirkler og stregen i E skal have en længde svarende til 80 % af halvcirklens ydre radius. Hvis den anvendte direktiv ikke bestemmelser om størrelse, er mindste størrelsen 5 mm. Den obligatoriske CE mærke er i farven limegrøn. ( Ses under bilag, afsnit 5 ) CE mærket anbringes på selve produktet eller på dets mærkeplade, den skal være synlig og læseligt og den må ikke kunne fjernes i Kaj Nielsen Side 30
produktets forventede levetid. Den forventede levetid fastsættes af producenten. Kaj Nielsen Side 31
Ved udarbejdelses af CE mærkning vil følgende fremgangs måde blive fulgt: Relevante direktiver og standarder vil fremgå af bilag, afsnit 5 vedr. CE mærkning. Kaj Nielsen Side 32
Arbejdes tegninger Da maskinen kan virke stor i forhold de antal dele maskinen består af har jeg valgt at opbygge arbejdes tegninger i mange samlings tegninger i forhold til antal dele. Opbygningen af dette har form som det omvente pyramide og ser således ud: Som det fremgår af oversigten vil der være mange samlingstegninger, og opbygningen er sket for at det skal være nemmere at placere de enkle dele på maskinen. Til samlings tegningerne er der påført alle dele der skal bruges til at samle maskinen ved brug af styklister. Det eneste der ikke vil fremgå vil være de skruer og stifter der skal bruges ved samling at alle 5 rammer. Disse enheder vil være: Kaj Nielsen Side 33
Oversigt over forbrug af skruer og stifter ved samling af skaftemaskine Topramme med side rammer: Umbraco skruer med rund hoved Stål stifter Skruer Stifter M 8 M 10 M 12 Ø 8 Antal L: Antal L: Antal L: Antal L: 8 25 2 30 Bundramme med side rammer: Undersænket skruer med 6 kantet hoved Stål stifter 14 50 2 45 Midtramme med top og bund ramme: Undersænket skruer med 6 kantet hoved Umbraco skruer med rund hoved Stål Stifter 4 40 4 30 2 15 Ved brug af denne oversigt sammen holdt med styklister fra arbejdes tegningerne vil den færdige maskine kunne samles. Arbejdes tegninger vil være placeret under bilag, afsnit 3 Kaj Nielsen Side 34
Præsentationsfasen Præsentationsfasen vil beskrive den cyklus der begynder med at de løse dele bliver placeret i maskinen og indtil den færdige ske er en realitet. Denne cyklus er opbygges og beskrevet i 10 trin som beskrives således: Trin 1: Skeen placeres i den nederste matrice og hals stykket presses mod højre i matricen. Trin 2: Skaft og dølle ring placeres i skafte holderen Kaj Nielsen Side 35
Trin 3: Fod pedalen aktiveres og den øverste matrice sænkes ned, og holder skeen fast mellem de 2 matricer. Trin 4: Cyklusen igangsættes ved tryk på pultens grønne knap. C1 går i + indtil dornen når spærepladen/sensor nr. 3 og dølle ring bliver presset på skaftet. Lige inden dette sker, vil dornen nå midt af holderen og holderens underdel vil blive vippet let til venstre side. Kaj Nielsen Side 36
Trin 5: Dornen vil nu blive returneret til sensor 2 og spærre pladen vil gå i C2- Trin 6: Når dornen bevæger sig frem mod skeen vil underdel af skafte holderen vippe tilbage igen og hele underdelen vil blive presset ned hvorefter dornen kan passere. Dornen er nu nået frem til skeens skafte stykke og dornen holder skafte holderen nede. Kaj Nielsen Side 37
Trin 7: Dornen er nået frem til de 2 matricer og samtidigt med at dornen når helt ind til skeens hals stykke, vil den presse fjeder styret i under matrice ind, og vippe palen fra over matricen rundt. Trin 8: Dornen er nu gået tilbage til udgangs stilling som C1- og over matricen vil nu gå tilbage til C3-. Palen er vippet tilbage på over matricen mens fjederstyret vil returnere når skeen fjernes. Kaj Nielsen Side 38
Trin 9: Over matricen er nu nået tilbage i udgangsstilling C3- og aktiver sensor 1. Trin 10: Når over matricen er nået i udgangsstilling C3- vil C2 også gå i udgangsstilling C2+ og dermed placere spære pladen som lukket. Kaj Nielsen Side 39
Cyklusen er slut: Den færdige ske fjernes fra under matricen og fjeder styret vil blive trykket ud igen således at maskinen er klar til en ny påsætning af skaft og dølle ring. Gennem denne præsentation håber jeg at man gennem de 10 trin kan danne sig et komplet billede af hvordan maskinen virker og fungerer, når maskinens cyklus i gangsættes og indtil den færdige fugeske kan lægges på færdigvare lageret. Kaj Nielsen Side 40
Prognose for maskinens tilbagebetalings evne. Ved beregning af tilbagebetalings evne for maskinen, vil det lægge til grundlag at der produceres 40.000 stk. fugeskeer pr. år, og at der til hver af disse bruges 15 sek. Der kalkuleres med en besparelse på op til 50 %. Maskinens produktions pris vil ifølge den udarbejdede pris kalkulation, andrage Kr. 89.061,55. Regne stykket vil derfor se således ud: 40.000 stk. fugeskeer * 7,5 sek. = 300000 sek. / 5000 min. / 83 timer. Investering 89.061,55 kr. Minimerede produktions omkostninger = 83 * (200 * 1,25 ) = 20.750,00 kr. Tilbagebetalings tid: 89.061,55 20.750,00 = 4,3 år. Hvis man ser isoleret på denne beregning, vil det nok ikke være en særlig god investering at producere maskinen, da den tidsbesparelse der er anvendt er den maximale, og at den nemt kan være mindre. Argumentet for at producere maskine skal findes i de arbejdsmiljøer mæssige problemer arbejdet som det udføres i dag, vil medføre på langt sigt for medarbejderene. Kaj Nielsen Side 41
Konklusion Efter en grundig analyse fase at have fastslået nødvendigheden af at udvikle en maskine som både skulle tage hensyn til arbejdsmiljø og produktions omkostninger, er det endelige produkt udviklet. Maskinen er udviklet til at presse skaft på fugeskeer hos ESKIMO A/S på en både sikker og økonomisk måde. Ved konstruktionen er der taget stort hensyn til sikkerheden, ved og omkring maskinen. Ligeledes er den indrettet til stor gavn for operatøren, således at den er designet så denne ikke skal arbejde i akavede stillinger, men udelukkende i en arbejdes højde. De anvendte fugeskeers variende udformning, har stillet store krav om udformning af maskinen, men ved brug af to matricer til at holde skeen på plads har bevirket at selv om dette på normalt vis ville give problemer, så er det lykkes at eliminere disse problemer stillinger 100 %. Et forsigtigt skøn som bygger på grundige studier under produktionen på virksomheden, viser at man kan nedsætte produktionstiden ved påsætninger af skafter med op til 50 %. Dette vil naturligvis give mulighed for bedre udnyttelse af mandskabs resurser. Maskinens tilbage betalings prognose vil derfor være min. 4,3 år, men det vil være den fortrinsvis store risiko for belastningsskader der tæller mest, når ESKIMO A/S skal træffe en afgørelse om produktion af denne, nu eller i fremtiden. Så selv om der var stillet store krav til maskinen, er det lykkes at tilgodese både sikkerhed, arbejdsmiljø og produktions omkostninger, uden at det vil give negative følger for brug af maskinen. Jeg føler selv at maskinen kan opfylde de mål og forventninger jeg havde til projektet uden at jeg har gået på kompromis med sikkerheden. Sikkerhed og arbejdsmiljø har haft top opmærksomhed i mine overvejelser, både i analyse og konstruktions fasen. Dog skal jeg beklage at mine mål med selv at producere PLC styringen ikke blev nået pga. ydre omstændigheder. Så mine samlede konklusioner må være at jeg selv synes at have frembragt et brugbart produkt, som tilgodeser både ledelse og medarbejdere ved ESKIMO A/S. Kaj Juul Nielsen Paghsalle 7st.th. 7400 Herning kni@kabelmail.dk / 50 876 876 Kaj Nielsen Side 42
Litteraturliste: www.ds.dk DS/EN 13906-1 / DS/EN 13906-2 Cylindriske skruefjedre fremstillet af runde tråde og stænger. Udformning for trykfjedre og trækfjedre DS/EN ISO 13850 Maskinsikkerhed / Nødstop Principper for udformning Opsætning og afmærkning DS/EN 983:2000 Sikkerheds krav til pneumatiske systemer og komponenter DS/EN 60947-5-5 Afbryderelementer og andet materiale til styrekredse Elektrisk nødstop med mekanisk låsefunktion DS/EN 1050 Principper for risikovurdering http://europa.eu.int/eurlex/lex/lexuriserv/lexuriserv.do?uri=celex:31998l0037:da:html Maskindirektiv 98/37EF Lovgivning om maskiner www.at.dk Arbejdstilsynet Danmark Vejledning om CE mærkning, risikovurdering m.m Maskintegninger H. Martini & J. Helligsøe Erhvervsskolernes forlag 15 udgave Kaj Nielsen Side 43
Bilags oversigt: 1 - Tidslinie for projekt 2 - Produkt sortiment 3 - Arbejdes tegninger 4 Beregninger / ANSYS beregninger 5 - CE mærkning / teknisk dossier 6 - Produktions omkostninger 7 - Pneumatik FESTO 8 - Opbygning af PLC styring 9 - Teknisk data 10 - Diverse bilag Kaj Nielsen Side 44