SVAZ STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE PŘEDSTAVUJE – České strojírenství v železničním průmyslu

Obor železničního průmyslu, který má celosvětově obrovský potenciál v oblasti modernizace a výroby kolejových vozidel, oprav a výroby konstrukčních celků a náhradních dílů pro elektrické a motorové lokomotivy, motorových vozů, tramvají a elektrických dopravních jednotek, je pro výrobce obráběcích strojů velkou výzvou z hlediska zvládnutí požadovaných technologií a obrábění houževnatých materiálů. Náročné jsou například požadavky na obrábění materiálu kolejových celků, dílů výhybek a kolejových křížení. Na obr. 1 je vidět obrábění spodku tramvajového vozu pro příměstskou dopravu na stroji WHQ 13 CNC z produkce TOS VARNSDORF a.s. Technologická náročnost obrábění tohoto svařence spočívá v potřebě dodržet požadované rovnoměrné přídavky na tvarově velice složitém dílci. Pro požadavky produktivní výroby je zase bezpodmínečně nutné tento dílec upnout do přípravku pro zrychlení upínacích činností a zajištění rovnoměrné síly upnutí pro nezkřížení svařeného dílce. Dalším příkladem je použití stroje téhož výrobce ve firmě Metrovagonmaš, Rusko, která je známa jako výrobce kolejových vozidel pro železnici a metro, tažných zařízení a přívěsů. Tento zákazník používá pro svoji výrobu 6 strojů z produkce TOS VARNSDORF a.s. Na obr. 2 je vidět frézování a vrtání rámu vozu podzemní dráhy a technologická operace s použitím přídavné frézovací hlavy Pibomulti. Technologické operace prováděné na strojích TOS VARNSDORF a.s. v rámci železničního průmyslu jsou samozřejmě velmi těsně spjaté s výrobou upínacích přípravků tak, aby tyto činnosti probíhaly mimo stroj a samozřejmě i s použitým špičkovým nástrojovým vybavením, které navyšuje při správné volbě výkon a kvalitu obráběcích operací a je nedílnou součástí strojních celků. Poslední oblastí, na kterou je kladen v tomto odvětví veliký důraz (možná i největší), je oblast metrologie a kvality. Většina dílců a celků je totiž určena do hromadné městské a železniční dopravy, kde je bezpodmínečně nutné stoprocentně dodržovat nařízené výkresové tolerance a atesty kvality. V oblasti železničního průmyslu se významně uplatňují rovněž portálová obráběcí centra z produkce TOS KUŘIM – OS, a.s. V roce 2007 bylo do společnosti ČKD Kutná Hora, a.s. dodáno portálové obráběcí centrum FRFQ 300 – VR/A16 (obr. 3) s výkonem na vřetenu 30 kW, s rozděleným pracovním prostorem a s odladěnou a seřízenou technologií na opracování ocelolitinového odlitku součásti BOGIE FRAME („lokorám“) podvozku lokomotivy. Automaticky výměnné vřetenové hlavy, které byly součástí dodávky (přímá hlava VA1 - Mk 2000 Nm, VA2 - Mk 1000 Nm a úhlová hlava VP2 - Mk 1000 Nm) umožňují plné využití stroje pro výkonové obrábění náročných odlitků z ocelolitiny, obsahující značné množství vměstků a písku. Díky zvládnutí technologie odlévání se ČKD Kutná Hora, a.s. zařadila mezi tři slévárny na světě, které dokáží odlévat podobné kusy. Filozofií ČKD Kutná Hora nebylo dodávat pouze neopracované odlitky na americký trh, ale stát se dodavatelem kompletních částí podvozku lokomotivy. Což znamená, že opracované odlitky jsou ještě upraveny z hlediska navaření jednotlivých položek, domontování požadovaných dílů, dále příslušným nátěrem a tak připraveny pro následnou montáž u zákazníka. Na začátku procesu odlaďování technologie v TOS KUŘIM – OS, bylo dosaženo času obrábění 160 hodin na jeden kus. Postupnou optimalizací kvality dodávaných odlitků, optimalizací řezných podmínek byl konečný čas upraven na 27 hodin opracování na jeden kus, z čehož bylo cca 6 hodin na vrub kvality dodávaných odlitků. V roce 2009 bylo ve společnosti ŠKODA TRANSPORTATION a.s., Plzeň uvedeno do provozu portálové obráběcí centrum FRFQ 300 – VR/A8 (obr. 4) s výkonem na vřetenu 37 kW, včetně odladěné technologie na opracování podvozku tramvajové soupravy. Do této doby ŠKODA TRANSPORTATION opracovávala tyto podvozky stávající technologií na méně produktivních strojích a musela využívat také kooperační dodávky, které jsou často problematické z hlediska dosahování požadované kvality a termínů dodávek. Součástí dodávky portálového obráběcího centra byla kromě automaticky výměnné univerzální hlavy VO (Mk 1200 Nm) i speciální automaticky výměnná hlava úhlového provedení VP13, která umožňuje dosažení obrobení nepřístupných míst bez nutnosti přepínání a tím i ustavování obrobku. Při porovnání s původní technologií bylo dosaženo zvýšení efektivnosti při obrábění cca o 40 % oproti stávajícímu technologickému postupu. Při obrábění podvozku na stroji FRFQ 300 – VR/A8 byl použit naprosto rozdílný přístup k problematice sledu technologických operací, které byly doposud používány na stávajících strojích. Vysokých úspor strojních časů bylo dosaženo pomocí produktivní hlavy VO, která umožňuje obrábění v horizontální, vertikální i úhlové poloze vřetena; rozměry hlavy dovolily obrábět na podvozku většinu ploch za použití plného zdvihu ve všech osách stroje. Při obrábění hlavou VO byly provedeny operace typu rovinné frézování, tvarové frézování, vrtání, přesné vyvrtávání a zpětné zahlubování. Portálové obráběcí centrum FRFQ 300 – VR/A10 s výkonem na vřetenu 30 kW a děleným pracovním prostorem, bylo dodáno také do firmy Bombardier Transportation Czech Republic a.s., Česká Lípa a nahradilo zajišťování kooperovaných obráběných dílů. Toto centrum také umožnilo náběh výroby nových typů podvozků vagónů. Dodávka portálového obráběcího centra s automaticky výměnnými hlavami pro 5osé obrábění (hlava VK - Mk 1000 Nm) a se speciální úhlovou hlavou VP 10 se uskutečnila v listopadu 2010. Dělený pracovní prostor umožňuje minimalizovat prostoje stroje v souvislosti s ustavováním dalších kusů, popřípadě jejich čištěním a měřením. Rovněž firma TOSHULIN, a.s. má v obrábění železničních kol dlouholetou zkušenost. Stroje, které jsou uživatelům dodávány, mají vysokou tuhost rámu a tlumení případných kmitů vznikajících při obrábění. Rám dokáže přenést vysoký řezný výkon. Automatická výměna nástrojů je charakteristická vysokým stupněm adaptibility směrem k potřebám zákazníka. Lze aplikovat také automatickou výměnu obrobků pomocí manipulátorů. V roce 2009 uvedl TOSHULIN, a.s. jako první v ČR moderní konstrukci svislých soustružnických obráběcích center s rámem, který je zhotoven z vysokopevnostního cementového betonu HIPERCON. Na počáteční úspěch strojů s betonovým ložem a stojanem chce TOSHULIN, a.s. navázat konstrukcí dalšího stroje (obr. 6), který má sloužit pro silové obrábění součástí typu železniční kolo nebo kroužky. V současné době je dokončen vývoj stroje, který má lože, stojan a příčník navržen taktéž z cementového betonu. Dvousuportový stroj je charakteristický pevným příčníkem, který je upevněný na stojanech. Ocelové smykadlo má na své čelní straně čtyřbokou revolverovou hlavu, ze které se nástroj vyměňuje systémem Pick-Up v zásobníku nástrojů. Ta je zde z důvodu zkrácení doby výměny nástrojů. Robustní konstrukce slouží k silovému i dokončovacímu obrábění. Pro pohon desky je využit princip náhonu Master Slave (2 x 71 kW) s krouticím momentem 65 000 Nm a maximálních 400 ot/min. Podle předběžných výpočtů, při uvažovaném výkonu obrobení 100 000 ks kol za rok při 255 pracovních dnech, třísměnném provozu, 95% disponibilitě stroje a 20 min na obrobení jednoho kola postačí celkem 7 těchto strojů. Pokud není zákazník tak náročný na produktivitu, firma je schopna nabídnout řešení pomocí stroje SKAT 16, který může být také v dvousuportovém provedení anebo jednosuportovém provedení. Zde je potřeba na obrobení stejného počtu železničních kol (100 000 ks/rok) dvojnásobek strojů SKAT oproti popsaným strojům. Stroj je určen k výkonnému soustružení obrobků v kusové i opakované výrobě malých a středních sérií. Mimo běžných soustružnických operací umožňuje soustružení kuželů, závitů, obecných ploch, broušení, osové i mimoosové vrtání, vystružování, řezání závitů a frézování obecných ploch. Pro dokončovací operace na železničních kolech, ale i pro soustružení, vyrobila firma TOSHULIN, a.s. stroj pod označením SKL 12. Stroj má stejnou konstrukci hlavních skupin jako stroje řady SKAT. Rozdíl je však v provedení smykadla. Smykadlo slouží k upnutí nástrojů, zajištění svislé složky pracovního posuvu, výměně nástrojů ze zásobníku nástrojů, přívodu signálů a energií k nástroji až do místa řezu. Smykadlo je v provedení s náhonem rotačních nástrojů a jeho výsuv je 800 mm. Těleso smykadla tvoří ocelový dutý hranol průřezu 200 x 200 mm, na jehož povrchu jsou v hranových partiích broušené valivé dráhy, povrchově kalené. Smykadlem prochází náhonová hřídel pro pohon rotačních nástrojů. Smykadlo je vybaveno dvěma samostatnými upínacími systémy pro upínání soustružnických nástrojových hlaviček KM 100 a rotačních nástrojů s kuželem ISO 50 s upínací koncovkou a těsnicím kroužkem pro kleštinové upínání. Na horní stranu smykadla je umístěn řemenový převod náhonu rotačních nástrojů, který prochází středem smykadla. Na zadní straně smykadla je připevněno těleso uložení matice kuličkového šroubu výsuvu smykadla. Smykadlo je přizpůsobeno jak pro vnější chlazení, tak pro středové chlazení nástroje. Reference firmy TOSHULIN, a.s. jsou z podniků BONATRANS, Lucchini, Škoda, Euromaint, Voith, Uralvagonzavod. Výroba kolejových vozidel se v ČR realizuje rovněž na strojích modelové řady FPPC výrobce Strojírna Tyc, s.r.o. V současné době proběhlo předání frézovacího portálového centra FPPC 350/28 CNC ze zkušebního provozu do trvalého užívání u významného českého obchodního partnera ŠKODA Transportation a.s. Jedná se již o druhý dodávaný stroj tomuto partnerovi, který na strojích typové řady FPPC provádí opracování dílů pro výrobu kolejových vozidel různých typů. Základní rozměry stroje FPPC 350/28 – pojezd v ose X 28 000 mm, v ose Y 3500 mm a v ose Z 1500 mm. Stroj je osazen dvěma nezávisle pracujícími příčníky pro dosažení ještě vyšší produktivity práce. Z důvodu nižší přehlednosti velkého pracovního prostoru jsou na stroji instalovány kamery s vysokou rozlišovací schopností. Oba vřeteníky jsou vybaveny souvisle řízenými frézovacími hlavami dodávanými firmou TRAMEC, GmbH a osazené vřeteny Fischer Precise, AG s 15 000 ot/ min a upínačem HSK A 100. Stroj byl zákazníkovi předáván včetně kompletního řešení upínání dílů pomocí speciálního upínacího přípravku s délkou 28 000 mm a integrovaným upínacím polem velikosti 3500 x 3200 mm. Pro obrábění železničních náprav bylo celkem do firmy BONATRANS Group a.s. Česká republika prodáno 9 strojů z produkce společnosti KOVOSVIT MAS, a.s. Všechny stroje byly ve firmě BONATRANS předávány na klíč, včetně technologií obrábění. Tato technologie byla navržena aplikačními inženýry společnosti KOVOSVIT MAS a tento způsob obrábění s malými změnami a na základě používání nových produktivních nástrojů je využíván do dnešních dnů. Celkově byly do firmy BONATRANS dodány 3 hrubovací a 3 dokončovací stroje. Později ještě firma 2 speciální stroje KOVOSVIT MAS na válečkování náprav – ROLLER 2800 CNC (obr. 8). Speciální stroj ROLLER 2800 CNC, využívající technologie tváření zastudena silou až 50 kN, je určen pro hluboké válečkování válcových, kuželových a přechodových ploch náprav. Válečkovací suport stroje je vybaven dvojicí válečkovacích hlav s možností naklápění v rozsahu ± 35°. Stroj je vybaven řídicím systémem SIEMENS 840D. Pomocí této operace a tohoto stroje je dosaženo zlepšení drsnosti povrchu nápravy a zvýšení pevnosti povrchových vrstev, tzn. zvýšenou odolnost proti korozi a snížení možnosti vzniku povrchových trhlin (a defektu nápravy) při úspoře materiálu přibližně o 8 %. Tento stroj a tuto technologii je možno využít pro všechny součásti vyžadující přesnou avšak snadnou montáž a demontáž (hřídele, osy, nápravy, plochy dosedu ložisek atd.) Na hrubovacích strojích SPH 50 CNC se ve firmě BONATRANS hrubují vagónové a lokomotivní nápravy s přídavkem pro dokončení cca 2 mm na plochu. Upnutí polotovarů výkovků je ve speciálním upínači firmy FORKARDT. Při velkém obvodovém házení výkovků je místy hloubka třísky až 18 mm. To bez problémů dovoluje 100kW hlavní pohon. Při odběru třísek dochází k velkému ohřevu řezné kapaliny, k jejímu ochlazování jsou ke strojům dodávány velké přídavné nádrže, které zabezpečují ochlazení řezné kapaliny. Hrubovací stroje jsou osazeny 8polohovými nástrojovými hlavami s přímým upnutím nástroje. Operační časy obrobení standardních náprav ČD jsou cca 12 minut bez upnutí. Na dokončovacích strojích SPH 50 D CNC, se obrábí nápravy po vyhrubování a po čelním opracování na frézovacích strojích. Upnutí náprav při dokončování je ve speciálních upínačích s pevným hrotem vlastní konstrukce a výroby. Hloubka třísky se pohybuje na 2 mm. Dokončovací stroje SPH 50 D CNC jsou vybaveny 12polohovými nástrojovými hlavami s možností použití rotačních nástrojů. Pomocí speciálních rotačních držáků se obrábí vrtáním příruby na nápravách pro vlaky Pendolino. Firma BONATRANS používá pro dokončování náprav upínací systém KM od firmy Kennametal pro rychlou výměnu nástrojů. Operační časy dokončování standardních náprav (pro České dráhy) jsou opět cca 12 minut bez upnutí. Oba typy strojů SPH 50 jsou vybaveny monitorovacím zařízením firmy PROMETEC, které zabezpečuje kolizní stavy stroje při obrábění. Firma BONATRANS využívá stroje KOVOSVIT MAS ve 3směnném nepřetržitém provozu. Počátkem roku 2009 byl na závodě RABA GYÖR v Maďarsku instalován nový stroj z produkce Kovosvit pod označením SPH 50 DS (obr. 7). Nový stroj vznikl přepracováním již osvědčené koncepce stroje SPH 50 D. CNC soustruh SPH 50 DS je určen pro přesné obrábění tvarově složitých hřídelových součástí do průměru 530 mm a délky max. 3000 mm (v závislosti na použitém upínači). Hlavní obráběcí operací je soustružení povrchových a čelních ploch jak válcových, tak kuželových nebo kulových. Dále je možné řezání všech druhů závitů. Poháněné rotační nástroje umožňují provádět mimoosové vrtací a frézovací operace. Po zhruba 18 měsících složitého vyjednávání došlo během dubna 2008 k uzavření významného kontraktu na dodávku prvního stroje TURNMILL 1250 výrobce Tajmac - ZPS, a.s. pro zákazníka GE Transportation sídlícím ve městě Erie státu Pensylvánie, USA (obr. 9). GE-Transportation, jedna z divizí globální společnosti General Electric, je dodavatel do průmyslu železnic, námořnictva, vrtací techniky, větrných elektráren a důlního průmyslu. Vyrábí nákladní a osobní lokomotivy, železniční signalizační a komunikační systémy, informační technologie, lodní motory, pohony důlních strojů a důlních kombajnů a provádí další související služby. Stroj TAJMAC - ZPS TURNMILL 1250 produkuje komponenty pohonů lokomotiv, zejména alternátorů, a po dvou letech práce vykazuje vysokou spolehlivost a extremní přesnost v řádu IT4. Přestože i odvětví výroby lokomotiv postihla v roce 2010 hluboká krize, stroj byl a je plně vytížen v práci na dvě směny a přinesl GE významné zvýšení produktivity práce. Zařízení produkuje na jedno nebo dvě upnutí komponenty, které dříve musely putovat přes několik obráběcích strojů, či dokonce byly GE nakupovány z důvodů nemožnosti je vyrábět vlastními silami. Vysoká univerzálnost daná unikátním řešením jak stroje, tak paletového hospodářství, překonání složitých technologických problémů aplikovaných inženýry společnosti TAJMAC -ZPS, a.s. činí z tohoto zařízení výkladní skříň práce zlínských strojařů uvnitř General Electric. Rovněž do výrobního programu významného výrobce tvářecích strojů společnosti ŽĎAS, a.s. patří aplikace pro železniční průmysl – konkrétně stroje pro nalisovávání železničních soukolí, které jsou využívány jak u samotných výrobců železničních soukolí, tak i v opravnách a depech. Lis je horizontální konstrukce. Na společném opracovaném a zabetonovaném rámu je ustavena pevná traverza. V této traverze je umístěn hydraulický pracovní válec a hydraulický pohon. Do pevné traverzy jsou vloženy dva pohybové šrouby. Pohybové šrouby jsou opatřeny krytem proti vnikání nečistot. Silový tok při lisování prochází pevnou traverzou, pohybovými šrouby a je uzavírán v pohyblivé opěrné traverze. Pohyb traverzy je odvozen od šroubů a poháněných matic. V tělese traverzy je otvor určený pro slisování kol a brzdových kotoučů z dvojkolí. Na pohyblivé traverze je umístěno svírání kotoučů a kol se středěním, které zaručuje ustavení kol do osy lisování. V dutině příčníku je vyjímatelně umístěno středicí zařízení pro centrování nápravy při nalisování bez vodicích pouzder. Opěrná traverza je při pohybu podepírána pojezdovými koly. Pohybové šrouby jsou na druhém konci uloženy v pomocném sloupu, jež je rovněž přichycen ke společnému rámu. Je vybaven odměřováním dráhy všech potřebných pracovních pohybů. Lis je vybaven záznamovým zařízením pro záznam průběhu lisovací síly v závislosti na lisované dráze. V elektroskříni je umístěna laserová tiskárna, která vytiskne protokol o průběhu nalisování na list A4. Grafická úprava protokolu je přizpůsobena požadavku zákazníka. Elektrické zařízení lisu umožňuje připojení měřidel s koncovými spínači, jež ukončují pracovní pohyb hlavního válce, dále pak připojení tlačítka „ruční stop“ lisování v místě vhodném pro obsluhu. Lis lze na základě požadavků doplnit dalším zařízením usnadňujícím komfort obsluhy, jako je například automatický stop lisování pro různé druhy soukolí, pomocné montážní a měřicí stolice, závěsné prostředky včetně samostatného mostového jeřábu. Lis umožňuje nalisování složitých soukolí. To znamená brzdové disky, ozubená kola, převodová ustrojí a hnací agregáty. Dále nalisování kol, brzdových disků a ozubených kol bez naváděcích pouzder, což eliminuje nutnost použití různých přípravků. Oproti lisům oboustranným též dovoluje demontáž soukolí a provádění testu nalisování soukolí jak přelisováním, tak i stahováním kola. Karel Špaček, TOS VARNSDORF a.s. Pavel Pirožek, TOS KUŘIM - OS, a.s. Jiří Marek, TOSHULIN, a.s. Ondřej Tyc, Strojírna Tyc, s.r.o. Martin Volný, Jiří Veselý, KOVOSVIT MAS a.s. Bohumil Zámečník, Tajmac - ZPS Pavel Pospíchal, ŽĎAS, a.s. Zpracovala: Andrea Cejnarová