Рисунок 1. При гибке с ЧПУ, широко известной как гибка панелей, металл фиксируется на месте, а верхние и нижние гибочные лезвия образуют положительные и отрицательные фланцы.
Типичный цех обработки листового металла может иметь комбинацию систем гибки. Конечно, гибочные машины являются наиболее распространенными, но некоторые магазины также инвестируют в другие системы формования, такие как гибка и фальцовка панелей. Все эти системы облегчают формирование различных деталей без использования специализированных инструментов.
Также развивается обработка листового металла в массовом производстве. Таким заводам больше не нужно полагаться на инструменты, ориентированные на конкретную продукцию. Теперь у них есть модульная линия для любых потребностей в формовке, сочетающая гибку панелей с различными автоматизированными формами, от формовки углов до прессования и гибки рулонами. Почти все эти модули для выполнения своих операций используют небольшие, специфичные для продукта инструменты.
Современные автоматические линии гибки листового металла используют общее понятие «гибка». Это связано с тем, что они предлагают различные типы гибки, помимо того, что обычно называют гибкой панелей, также известной как гибка с ЧПУ.
Гибка с ЧПУ (см. рисунки 1 и 2) остается одним из наиболее распространенных процессов на автоматизированных производственных линиях, главным образом из-за ее гибкости. Панели перемещаются на место с помощью роботизированной руки (с характерными «ногами», которые удерживают и перемещают панели) или специальной конвейерной ленты. Конвейеры, как правило, работают хорошо, если в листах ранее были вырезаны отверстия, что затрудняет их перемещение роботом.
Два пальца торчат снизу, чтобы центрировать деталь перед сгибанием. После этого лист садится под прижим, который опускает и фиксирует заготовку на месте. Лезвие, изгибающееся снизу, движется вверх, создавая положительную кривую, а лезвие, изгибающееся сверху, создает отрицательную кривую.
Представьте себе, что трубогиб представляет собой большую букву «С» с верхними и нижними лезвиями на обоих концах. Максимальная длина полки определяется горлышком за изогнутым лезвием или задней частью буквы «С».
Этот процесс увеличивает скорость гибки. Типичный фланец, положительный или отрицательный, можно сформировать за полсекунды. Движение изогнутого лезвия бесступенчато, что позволяет создавать множество фигур, от простых до невероятно сложных. Это также позволяет программе ЧПУ изменять внешний радиус изгиба, изменяя точное положение гнутой пластины. Чем ближе вставка к зажимному инструменту, тем меньше внешний радиус детали и примерно в два раза превышает толщину материала.
Такое переменное управление также обеспечивает гибкость при выборе последовательности гибки. В некоторых случаях, если окончательный изгиб с одной стороны отрицательный (вниз), гибочное лезвие можно снять и конвейерный механизм поднимает заготовку и транспортирует ее вниз по потоку.
Традиционная гибка панелей имеет недостатки, особенно если речь идет об эстетически важных работах. Изогнутые лезвия имеют тенденцию двигаться таким образом, что кончик лезвия не остается на одном месте во время цикла изгиба. Вместо этого он имеет тенденцию слегка тянуться, почти так же, как лист тянется по радиусу плеча во время цикла гибки листогибочного тормоза (хотя при изгибе панели сопротивление возникает только тогда, когда гибочное лезвие и деталь, расположенная по точкам, соприкасаются внешняя поверхность).
Введите вращательный изгиб, аналогичный складыванию на отдельной машине (см. рис. 3). Во время этого процесса гибочная балка вращается так, что инструмент остается в постоянном контакте с одним местом на внешней поверхности заготовки. Большинство современных автоматизированных поворотных гибочных систем могут быть спроектированы таким образом, чтобы поворотная балка могла изгибаться вверх и вниз в соответствии с требованиями применения. То есть их можно повернуть вверх, чтобы сформировать положительный фланец, переместить для вращения вокруг новой оси, а затем согнуть отрицательный фланец (и наоборот).
Рисунок 2. Вместо обычного робота-манипулятора в этом модуле гибки панелей для манипулирования заготовкой используется специальная конвейерная лента.
Некоторые операции ротационной гибки, известные как двойная вращательная гибка, используют две балки для создания особых форм, таких как Z-образные формы, которые включают чередующиеся положительные и отрицательные изгибы. Однобалочные системы могут складывать эти формы с помощью вращения, но доступ ко всем линиям сгиба требует поворота листа. Система поворотной гибки с двойной балкой позволяет получить доступ ко всем линиям сгиба Z-образного изгиба, не переворачивая лист.
Ротационный изгиб имеет свои ограничения. Если для автоматизированного применения требуются очень сложные геометрические формы, лучшим выбором будет гибка с ЧПУ с плавной регулировкой перемещения гибочных лезвий.
Проблема перегиба вращения также возникает, когда последний перегиб отрицательный. В то время как гибочные лезвия при гибке с ЧПУ могут двигаться назад и в стороны, поворотные гибочные балки не могут двигаться таким образом. Последний отрицательный изгиб требует, чтобы кто-то физически подтолкнул его. Хотя это возможно в системах, требующих вмешательства человека, это часто непрактично на полностью автоматизированных линиях гибки.
Автоматизированные линии не ограничиваются гибкой и складыванием панелей – так называемыми вариантами «горизонтальной гибки», при которых лист остается плоским, а полки складываются вверх или вниз. Другие процессы формования расширяют возможности. К ним относятся специализированные операции, сочетающие прессовое торможение и гибку валков. Этот процесс был изобретен для изготовления таких изделий, как короба для роллет (см. рисунки 4 и 5).
Представьте себе, что заготовку везут на станцию гибки. Пальцы перемещают заготовку вбок по щеточному столу между верхним пуансоном и нижней матрицей. Как и в других автоматизированных процессах гибки, заготовка центрируется, и контроллер знает, где находится линия сгиба, поэтому нет необходимости устанавливать задний упор за матрицей.
Для выполнения гибки на листогибочном прессе пуансон опускается в матрицу, производится изгиб, и пальцы продвигают лист к следующей линии сгиба, как это сделал бы оператор перед листогибочным прессом. В ходе операции также можно выполнять ударную гибку (также известную как ступенчатая гибка) по радиусу, как на обычном гибочном станке.
Конечно, как и в случае с листогибочным прессом, сгибание кромки на автоматизированной производственной линии оставляет след в виде линии сгиба. Для изгибов с большими радиусами использование только столкновений может увеличить время цикла.
Здесь в игру вступает функция гибки валков. Когда пуансон и матрица находятся в определенных положениях, инструмент фактически превращается в трехвалковый трубогиб. Кончик верхнего пуансона — это верхний «ролик», а выступы нижней V-образной матрицы — два нижних ролика. Пальцы машины толкают лист, создавая радиус. После изгиба и прокатки верхний пуансон перемещается вверх и в сторону, оставляя пальцам место, которое может вытолкнуть формованную деталь вперед за пределы рабочего диапазона.
Изгибы в автоматизированных системах могут быстро создавать большие и широкие кривые. Но для некоторых приложений существует более быстрый способ. Это называется гибким переменным радиусом. Это запатентованный процесс, первоначально разработанный для алюминиевых компонентов в светотехнической промышленности (см. Рисунок 6).
Чтобы получить представление о процессе, подумайте, что происходит с лентой, когда вы просовываете ее между лезвием ножниц и большим пальцем. Он крутится. Та же основная идея применима и к изгибам переменного радиуса: достаточно легкого, нежного прикосновения инструмента, и радиус формируется очень контролируемым образом.
Рисунок 3. При изгибе или складывании с вращением гибочная балка поворачивается так, что инструмент остается в контакте с одним местом на внешней поверхности листа.
Представьте себе тонкую заготовку, закрепленную на месте, а материал, который нужно отлить, полностью поддерживается снизу. Гибочный инструмент опускается, прижимается к материалу и продвигается к захвату, удерживающему заготовку. Движение инструмента создает напряжение и заставляет металл «закручиваться» за ним на определенный радиус. Сила инструмента, действующая на металл, определяет величину наведенного напряжения и результирующий радиус. Благодаря этому движению система гибки переменного радиуса может очень быстро создавать изгибы большого радиуса. А поскольку с помощью одного инструмента можно создать любой радиус (опять же, форма определяется давлением, оказываемым инструментом, а не формой), для сгибания изделия не требуются специальные инструменты.
Формирование углов листового металла представляет собой уникальную задачу. Изобретение автоматизированного процесса для рынка фасадных (облицовочных) панелей. Этот процесс исключает необходимость сварки и позволяет получить красиво изогнутые края, что важно для высоких косметических требований, таких как фасады (см. рис. 7).
Вы начинаете с пустой формы, вырезаемой так, чтобы в каждом углу можно было разместить желаемое количество материала. Специализированный модуль гибки создает сочетание острых углов и сглаженных радиусов в соседних фланцах, создавая расширение «до изгиба» для последующего формирования углов. Наконец, угловой инструмент (интегрированный в ту же или другую рабочую станцию) создает углы.
Если будет установлена автоматизированная производственная линия, она не станет недвижимым памятником. Это как строить из кубиков Лего. Сайты можно добавлять, переставлять и перепроектировать. Предположим, что деталь в сборке ранее требовала вторичной сварки в углу. Чтобы повысить технологичность и снизить затраты, инженеры отказались от сварных швов и перепроектировали детали с заклепочными соединениями. В этом случае к линии сгиба можно добавить автоматическую клепальную станцию. А поскольку линия модульная, ее не нужно полностью демонтировать. Это похоже на добавление еще одной детали LEGO к большему целому.
Все это делает автоматизацию менее рискованной. Представьте себе производственную линию, предназначенную для последовательного производства десятков различных деталей. Если на этой линии используются инструменты, специфичные для продукта, и линейка продуктов меняется, затраты на инструменты могут быть очень высокими, учитывая сложность линии.
Но благодаря гибким инструментам новые продукты могут просто потребовать от компаний переставлять кубики Lego. Добавьте сюда несколько блоков, переставьте там другие, и вы сможете снова бежать. Конечно, это не так просто, но и перенастройка производственной линии – задача не сложная.
Lego — удачная метафора для автофлексных линий в целом, независимо от того, имеют ли они дело с партиями или наборами. Они достигают уровня производительности литья на производственной линии, используя инструменты для конкретного продукта, но без каких-либо инструментов для конкретного продукта.
Целые заводы ориентированы на массовое производство, и превратить их в полноценное производство непросто. Перепланирование всего завода может потребовать длительных остановок, что обходится дорого для завода, производящего сотни тысяч или даже миллионы единиц продукции в год.
Однако для некоторых крупномасштабных операций по гибке листового металла, особенно для новых заводов, использующих новый шифер, стало возможным формировать большие объемы на основе комплектов. За правильное применение вознаграждение может быть огромным. Фактически, один европейский производитель сократил время выполнения заказа с 12 недель до одного дня.
Это не означает, что переход от партии к комплекту не имеет смысла на существующих заводах. В конце концов, сокращение времени выполнения заказов с недель до часов обеспечит огромную отдачу от инвестиций. Однако для многих предприятий первоначальные затраты могут оказаться слишком высокими, чтобы пойти на этот шаг. Однако для новых или совершенно новых линий производство на основе комплектов имеет экономический смысл.
Рис. 4 В этом комбинированном гибочном станке и модуле профилирования лист можно поместить и согнуть между пуансоном и матрицей. В режиме прокатки пуансон и матрица расположены так, что материал можно проталкивать, образуя радиус.
При проектировании крупносерийной производственной линии на основе комплектов тщательно продумайте метод подачи. Линии гибки могут быть спроектированы так, чтобы принимать материал непосредственно из рулонов. Материал будет размотан, расплющен, отрезан по длине и пропущен через модуль штамповки, а затем через различные формовочные модули, разработанные специально для одного продукта или семейства продуктов.
Все это звучит очень эффективно – и это для пакетной обработки. Однако зачастую нецелесообразно переводить линию гибки валков на производство комплектов. Для последовательного формирования другого набора деталей, скорее всего, потребуются материалы разных марок и толщины, что потребует смены катушек. Это может привести к простою до 10 минут – короткое время для крупносерийного/малосерийного производства, но много времени для высокоскоростной линии гибки.
Похожая идея применима и к традиционным штабелерам, где всасывающий механизм подхватывает отдельные заготовки и подает их на линию штамповки и формовки. Обычно в них есть место только для одного размера заготовки или, возможно, для нескольких заготовок разной геометрии.
Для большинства гибких проводов, входящих в комплект, лучше всего подходит система полок. Стеллажная башня может хранить десятки заготовок разного размера, которые по мере необходимости можно подавать на производственную линию одну за другой.
Автоматизированное производство с использованием комплектов также требует надежных процессов, особенно когда дело касается формования. Любой, кто работал в области гибки листового металла, знает, что свойства листового металла различны. Толщина, а также прочность на разрыв и твердость могут варьироваться от партии к партии, и все это меняет характеристики формования.
Это не является серьезной проблемой при автоматической группировке линий сгиба. Продукты и связанные с ними производственные линии обычно проектируются с учетом вариаций материалов, поэтому вся партия должна соответствовать техническим характеристикам. Но опять же, иногда материал меняется до такой степени, что линия не может это компенсировать. В этих случаях, если вы режете и формируете 100 деталей и некоторые детали не соответствуют техническим требованиям, вы можете просто повторно запустить пять деталей, и через несколько минут у вас будет 100 деталей для следующей операции.
На автоматизированной линии гибки, состоящей из комплектов, каждая деталь должна быть идеальной. Чтобы максимизировать производительность, эти производственные линии на основе комплектов работают высокоорганизованно. Если производственная линия спроектирована так, чтобы работать последовательно, скажем, на семи различных участках, то автоматизация будет работать в этой последовательности, от начала линии до конца. Если Часть №7 плоха, вы не сможете просто запустить Часть №7 еще раз, потому что автоматизация не запрограммирована на обработку этой единственной части. Вместо этого вам нужно остановить линию и начать заново с детали номер 1.
Чтобы предотвратить это, автоматическая линия сгиба использует лазерное измерение угла в реальном времени, которое быстро проверяет каждый угол сгиба, позволяя машине исправлять несоответствия.
Эта проверка качества имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы производственная линия поддерживала процесс, основанный на наборах. По мере совершенствования процесса производственная линия на основе комплектов может сэкономить много времени, сократив время выполнения заказа с месяцев и недель до часов или дней.
FABRICATOR — ведущий журнал Северной Америки по производству и формовке стали. В журнале публикуются новости, технические статьи и истории успеха, которые позволяют производителям выполнять свою работу более эффективно. FABRICATOR работает в отрасли с 1970 года.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The FABRICATOR, обеспечивающий легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The Tube & Pipe Journal, обеспечивающий легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The Fabricator en Español, обеспечивающий легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Энди Биллман присоединяется к подкасту The Fabricator, чтобы рассказать о своей карьере в производстве, идеях, лежащих в основе Arise Industrial,…
Время публикации: 18 мая 2023 г.