Rysunek 1. Podczas gięcia CNC, powszechnie znanego jako gięcie paneli, metal jest mocowany na miejscu, a górne i dolne ostrza gnące tworzą kołnierze dodatnie i ujemne.
Typowy zakład blacharski może posiadać kombinację systemów gięcia. Oczywiście najpopularniejsze są giętarki, ale niektóre sklepy inwestują także w inne systemy formowania, takie jak gięcie i składanie paneli. Wszystkie te systemy ułatwiają formowanie różnorodnych części bez użycia specjalistycznych narzędzi.
Rozwija się także obróbka blachy w produkcji masowej. Takie fabryki nie muszą już polegać na narzędziach specyficznych dla produktu. Obecnie dysponują linią modułową spełniającą wszelkie potrzeby w zakresie formowania, łączącą gięcie paneli z różnorodnymi zautomatyzowanymi kształtami, od formowania narożników po prasowanie i gięcie na rolkach. Prawie wszystkie te moduły wykorzystują do wykonywania swoich operacji małe, specyficzne dla produktu narzędzia.
Nowoczesne automatyczne linie do gięcia blach wykorzystują ogólną koncepcję „gięcia”. Dzieje się tak dlatego, że oferują one różne rodzaje gięcia poza tym, co jest powszechnie określane jako gięcie paneli, znane również jako gięcie CNC.
Gięcie CNC (patrz rysunki 1 i 2) pozostaje jednym z najczęstszych procesów na zautomatyzowanych liniach produkcyjnych, głównie ze względu na jego elastyczność. Panele przesuwane są na miejsce za pomocą zrobotyzowanego ramienia (z charakterystycznymi „nogami”, które utrzymują i przesuwają panele) lub specjalnego przenośnika taśmowego. Przenośniki zwykle działają dobrze, jeśli arkusze zostały wcześniej pocięte z otworami, co utrudnia robotowi poruszanie się.
Od dołu wystają dwa palce, aby wyśrodkować część przed zgięciem. Następnie arkusz znajduje się pod zaciskiem, który obniża i mocuje obrabiany przedmiot na miejscu. Ostrze zakrzywione od dołu porusza się w górę, tworząc krzywiznę dodatnią, a ostrze zakrzywione od góry tworzy krzywiznę ujemną.
Pomyśl o giętarce jak o dużej literze „C” z górnymi i dolnymi ostrzami na obu końcach. Maksymalna długość półki jest określona przez szyjkę za zakrzywionym ostrzem lub tył litery „C”.
Proces ten zwiększa prędkość gięcia. Typowy kołnierz, dodatni lub ujemny, można uformować w pół sekundy. Ruch zakrzywionego ostrza jest bezstopniowy, co pozwala na tworzenie wielu kształtów, od prostych po niezwykle złożone. Umożliwia także programowi CNC zmianę zewnętrznego promienia gięcia poprzez zmianę dokładnego położenia giętej blachy. Im bliżej narzędzia mocującego znajduje się płytka, tym mniejszy promień zewnętrzny części jest około dwukrotnie większy od grubości materiału.
To zmienne sterowanie zapewnia również elastyczność w zakresie sekwencji gięcia. W niektórych przypadkach, jeśli końcowe zagięcie z jednej strony jest ujemne (w dół), ostrze gnące można zdjąć, a mechanizm przenośnika podnosi obrabiany przedmiot i transportuje go w dół.
Tradycyjne gięcie paneli ma swoje wady, szczególnie jeśli chodzi o prace ważne pod względem estetycznym. Zakrzywione ostrza mają tendencję do poruszania się w taki sposób, że czubek ostrza nie pozostaje w jednym miejscu podczas cyklu zginania. Zamiast tego ma tendencję do lekkiego ciągnięcia, podobnie jak arkusz jest ciągnięty wzdłuż promienia występu podczas cyklu gięcia w prasie krawędziowej (chociaż podczas gięcia panelu opór pojawia się tylko wtedy, gdy ostrze gnące i część punkt-punkt stykają się powierzchnię zewnętrzną).
Wprowadź zagięcie obrotowe, podobne do składania na osobnej maszynie (patrz rys. 3). Podczas tego procesu belka gnąca jest obracana tak, aby narzędzie pozostawało w stałym kontakcie z jednym punktem na zewnętrznej powierzchni przedmiotu obrabianego. Większość nowoczesnych, zautomatyzowanych systemów gięcia obrotowego można zaprojektować w taki sposób, aby belka obrotowa mogła zginać się w górę i w dół, zgodnie z wymaganiami zastosowania. Oznacza to, że można je obrócić w górę, tworząc dodatni kołnierz, zmienić ich położenie tak, aby obracało się wokół nowej osi, a następnie zagiąć ujemny kołnierz (i odwrotnie).
Rysunek 2. Zamiast konwencjonalnego ramienia robota, ta komora gięcia paneli wykorzystuje specjalny przenośnik taśmowy do manipulowania przedmiotem obrabianym.
Niektóre operacje gięcia obrotowego, znane jako podwójne gięcie obrotowe, wykorzystują dwie belki do tworzenia specjalnych kształtów, takich jak kształty Z, które obejmują naprzemienne zgięcia dodatnie i ujemne. Systemy jednobelkowe umożliwiają składanie tych kształtów poprzez obrót, jednak dostęp do wszystkich linii zagięcia wymaga obrócenia arkusza. System gięcia obrotowego z podwójną belką umożliwia dostęp do wszystkich linii gięcia w zagięciu Z bez konieczności odwracania arkusza.
Gięcie obrotowe ma swoje ograniczenia. Jeśli do zautomatyzowanego zastosowania wymagane są bardzo złożone geometrie, najlepszym wyborem jest gięcie CNC z płynnie regulowanym ruchem ostrzy gnących.
Problem załamania rotacyjnego występuje również wtedy, gdy ostatnie załamanie jest ujemne. Podczas gdy ostrza gnące w gięciu CNC mogą poruszać się do tyłu i na boki, obracające się belki gnące nie mogą poruszać się w ten sposób. Ostatni zakręt ujemny wymaga, aby ktoś go fizycznie popchnął. Chociaż jest to możliwe w systemach wymagających interwencji człowieka, często jest to niepraktyczne na w pełni zautomatyzowanych liniach gięcia.
Zautomatyzowane linie nie ograniczają się tylko do gięcia i składania paneli – tzw. opcji „gięcia poziomego”, gdzie blacha pozostaje płaska, a półki są składane w górę lub w dół. Inne procesy formowania poszerzają możliwości. Należą do nich specjalistyczne operacje łączące prasę krawędziową i gięcie na rolkach. Proces ten został wynaleziony do wytwarzania produktów takich jak skrzynki roletowe (patrz rysunki 4 i 5).
Wyobraź sobie, że obrabiany przedmiot jest transportowany do stacji gięcia. Palce przesuwają przedmiot z boku po stole szczotkowym i pomiędzy górnym stemplem a dolną matrycą. Podobnie jak w przypadku innych zautomatyzowanych procesów gięcia, przedmiot obrabiany jest wyśrodkowany, a sterownik wie, gdzie znajduje się linia zagięcia, więc nie ma potrzeby stosowania zderzaka tylnego za matrycą.
Aby wykonać gięcie za pomocą prasy krawędziowej, stempel opuszcza się do matrycy, wykonuje się gięcie, a palce przesuwają arkusz do następnej linii gięcia, tak jak zrobiłby to operator przed prasą krawędziową. Operacja może również obejmować gięcie udarowe (znane również jako gięcie stopniowe) wzdłuż promienia, podobnie jak na konwencjonalnej giętarce.
Oczywiście, podobnie jak w przypadku prasy krawędziowej, zginanie krawędzi na zautomatyzowanej linii produkcyjnej pozostawia ślad linii zgięcia. W przypadku zakrętów o dużych promieniach użycie wyłącznie kolizji może wydłużyć czas cyklu.
W tym miejscu wchodzi w grę funkcja gięcia rolkowego. Kiedy stempel i matryca znajdują się w określonych pozycjach, narzędzie skutecznie zamienia się w trójwalcową giętarkę do rur. Końcówka górnego stempla to górny „wałek”, a wypustki dolnej matrycy V to dwa dolne wałki. Palce maszyny popychają arkusz, tworząc promień. Po zgięciu i zwinięciu górny stempel przesuwa się w górę i na boki, pozostawiając miejsce dla palców na wypchnięcie uformowanej części do przodu poza zakres roboczy.
Łuki w systemach zautomatyzowanych mogą szybko tworzyć duże, szerokie łuki. Ale w przypadku niektórych zastosowań istnieje szybszy sposób. Nazywa się to elastycznym zmiennym promieniem. Jest to zastrzeżony proces pierwotnie opracowany dla komponentów aluminiowych w przemyśle oświetleniowym (patrz rysunek 6).
Aby zorientować się w całym procesie, zastanów się, co dzieje się z taśmą, gdy przesuwasz ją pomiędzy ostrzem nożyczek a kciukiem. Przekręca się. Ta sama podstawowa idea dotyczy zagięć o zmiennym promieniu, wystarczy lekkie, delikatne dotknięcie narzędzia, a promień formuje się w bardzo kontrolowany sposób.
Rysunek 3. Podczas gięcia lub składania z obrotem belka gnąca jest obracana tak, aby narzędzie stykało się w jednym miejscu na zewnętrznej powierzchni blachy.
Wyobraź sobie cienki blankiet zamocowany na miejscu, pod którym formowany materiał będzie w pełni podparty. Narzędzie gnące opuszcza się, dociska do materiału i przesuwa w stronę chwytaka przytrzymującego obrabiany przedmiot. Ruch narzędzia wytwarza napięcie i powoduje, że metal „skręca się” za nim o określony promień. Siła narzędzia działająca na metal określa wielkość indukowanego naprężenia i powstały promień. Dzięki temu ruchowi system gięcia o zmiennym promieniu może bardzo szybko tworzyć zgięcia o dużym promieniu. A ponieważ pojedyncze narzędzie może utworzyć dowolny promień (ponownie kształt zależy od nacisku wywieranego przez narzędzie, a nie od kształtu), proces ten nie wymaga specjalnych narzędzi do zginania produktu.
Kształtowanie narożników w blasze stanowi wyjątkowe wyzwanie. Wynalezienie zautomatyzowanego procesu dla rynku paneli elewacyjnych (okładzinowych). Proces ten eliminuje potrzebę spawania i pozwala uzyskać pięknie zakrzywione krawędzie, co jest ważne w przypadku wysokich wymagań kosmetycznych, takich jak fasady (patrz rys. 7).
Zaczynasz od pustego kształtu, który jest wycinany tak, aby w każdym rogu można było umieścić żądaną ilość materiału. Specjalistyczny moduł gięcia tworzy kombinację ostrych narożników i gładkich promieni w sąsiednich kołnierzach, tworząc rozszerzenie „wstępnego zagięcia” w celu późniejszego formowania narożników. Na koniec narzędzie do pokonywania zakrętów (zintegrowane z tą samą lub inną stacją roboczą) tworzy narożniki.
Raz zainstalowana zautomatyzowana linia produkcyjna nie stanie się zabytkiem nieruchomym. To jak budowanie z klocków Lego. Witryny można dodawać, porządkować i przeprojektowywać. Załóżmy, że część złożenia wymagała wcześniej dodatkowego spawania w narożniku. Aby poprawić możliwości produkcyjne i obniżyć koszty, inżynierowie porzucili spawanie i przeprojektowali części z połączeniami nitowanymi. W takim przypadku do linii zagięcia można dodać automatyczną stację nitującą. A ponieważ linia jest modułowa, nie trzeba jej całkowicie demontować. To jak dodanie kolejnego elementu LEGO do większej całości.
Wszystko to sprawia, że automatyzacja jest mniej ryzykowna. Wyobraź sobie linię produkcyjną zaprojektowaną do produkcji kilkudziesięciu różnych części po kolei. Jeżeli na tej linii wykorzystywane są narzędzia specyficzne dla danego produktu i linia produktów ulegnie zmianie, koszty oprzyrządowania mogą być bardzo wysokie, biorąc pod uwagę złożoność linii.
Jednak dzięki elastycznym narzędziom nowe produkty mogą po prostu wymagać od firm zmiany układu klocków Lego. Dodaj kilka bloków tutaj, przestaw inne tam i możesz znowu biegać. Oczywiście nie jest to takie proste, ale rekonfiguracja linii produkcyjnej też nie jest zadaniem trudnym.
Lego jest ogólnie trafną metaforą linii autoflex, niezależnie od tego, czy dotyczą one partii, czy zestawów. Osiągają poziomy wydajności odlewania na linii produkcyjnej za pomocą narzędzi specyficznych dla produktu, ale bez żadnych narzędzi specyficznych dla produktu.
Całe fabryki nastawione są na produkcję masową i przekształcenie ich w pełną produkcję nie jest łatwe. Zmiana harmonogramu pracy całego zakładu może wymagać długich przestojów, co jest kosztowne w przypadku zakładu produkującego setki tysięcy, a nawet miliony jednostek rocznie.
Jednakże w przypadku niektórych operacji gięcia blach na dużą skalę, szczególnie w przypadku nowych zakładów wykorzystujących nowy łupek, możliwe stało się formowanie dużych ilości w oparciu o zestawy. W przypadku odpowiedniej aplikacji nagrody mogą być ogromne. W rzeczywistości jeden europejski producent skrócił czas realizacji zamówień z 12 tygodni do jednego dnia.
Nie oznacza to, że konwersja z partii na zestaw nie ma sensu w istniejących zakładach. W końcu skrócenie czasu realizacji z tygodni do godzin zapewni ogromny zwrot z inwestycji. Jednak dla wielu firm koszty początkowe mogą być zbyt wysokie, aby podjąć ten krok. Jednakże w przypadku nowych lub całkowicie nowych linii produkcja oparta na zestawach ma sens ekonomiczny.
Ryż. 4 W tej połączonej maszynie do gięcia i module do formowania rolek arkusz można umieścić i zgiąć pomiędzy stemplem a matrycą. W trybie walcowania stempel i matryca są ustawione w taki sposób, że materiał można przepchnąć, tworząc promień.
Projektując linię produkcyjną o dużej objętości w oparciu o zestawy, należy dokładnie rozważyć metodę podawania. Linie gnące można zaprojektować tak, aby przyjmowały materiał bezpośrednio z kręgów. Materiał zostanie odwinięty, spłaszczony, przycięty na odpowiednią długość i przepuszczany przez moduł tłoczący, a następnie przez różne moduły formujące zaprojektowane specjalnie dla pojedynczego produktu lub rodziny produktów.
Wszystko to brzmi bardzo wydajnie – i dotyczy przetwarzania wsadowego. Jednakże często niepraktyczne jest przekształcenie linii gięcia rolkowego w produkcję zestawów. Sekwencyjne formowanie różnych zestawów części będzie najprawdopodobniej wymagało materiałów o różnych gatunkach i grubościach, co wymagać będzie zmiany szpul. Może to spowodować przestoje sięgające 10 minut – krótki czas w przypadku produkcji wysoko-/niskoseryjnej, ale dużo czasu w przypadku linii gnącej o dużej prędkości.
Podobny pomysł dotyczy tradycyjnych układarek, gdzie mechanizm ssący podnosi pojedyncze detale i podaje je na linię tłocząco-formującą. Zwykle mają miejsce tylko na jeden rozmiar przedmiotu obrabianego lub kilka przedmiotów o różnych geometriach.
W przypadku większości elastycznych przewodów opartych na zestawach najlepiej nadaje się system półek. Wieża regałowa może pomieścić dziesiątki detali o różnych rozmiarach, które w razie potrzeby można pojedynczo wprowadzać na linię produkcyjną.
Zautomatyzowana produkcja oparta na zestawach wymaga również niezawodnych procesów, szczególnie jeśli chodzi o formowanie. Każdy, kto pracował w dziedzinie gięcia blach, wie, że właściwości blach są różne. Grubość, a także wytrzymałość na rozciąganie i twardość mogą się różnić w zależności od partii, a wszystko to zmienia właściwości formowania.
Nie stanowi to większego problemu przy automatycznym grupowaniu linii zagięcia. Produkty i powiązane z nimi linie produkcyjne są zwykle zaprojektowane tak, aby uwzględniać różnice w materiałach, dlatego cała partia musi mieścić się w specyfikacji. Ale z drugiej strony czasami materiał zmienia się do tego stopnia, że linia nie jest w stanie tego zrekompensować. W takich przypadkach, jeśli wycinasz i kształtujesz 100 części, a kilka części jest poza specyfikacją, możesz po prostu ponownie uruchomić pięć części i za kilka minut będziesz mieć 100 części do następnej operacji.
Na zautomatyzowanej linii do gięcia opartej na zestawach każda część musi być idealna. Aby zmaksymalizować produktywność, te linie produkcyjne oparte na zestawach działają w wysoce zorganizowany sposób. Jeśli linia produkcyjna jest zaprojektowana tak, aby działała sekwencyjnie, powiedzmy w siedmiu różnych sekcjach, wówczas automatyzacja będzie działać w tej kolejności, od początku linii do końca. Jeśli część nr 7 jest zła, nie można po prostu ponownie uruchomić części nr 7, ponieważ automatyzacja nie jest zaprogramowana do obsługi tej pojedynczej części. Zamiast tego musisz zatrzymać linię i zacząć od nowa od części nr 1.
Aby temu zapobiec, zautomatyzowana linia składania wykorzystuje laserowy pomiar kąta w czasie rzeczywistym, który szybko sprawdza każdy kąt złożenia, umożliwiając maszynie skorygowanie niespójności.
Ta kontrola jakości ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia, że linia produkcyjna obsługuje proces oparty na zestawach. W miarę usprawniania procesu linia produkcyjna oparta na zestawach może zaoszczędzić dużo czasu, skracając czas realizacji z miesięcy i tygodni do godzin lub dni.
FABRICATOR to wiodący magazyn poświęcony produkcji i formowaniu stali w Ameryce Północnej. Magazyn publikuje aktualności, artykuły techniczne i historie sukcesów, które umożliwiają producentom wydajniejszą pracę. FABRICATOR działa w branży od 1970 roku.
Dostępny jest teraz pełny cyfrowy dostęp do FABRICATOR, zapewniający łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Dostępny jest teraz pełny cyfrowy dostęp do The Tube & Pipe Journal, zapewniający łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Dostępny jest teraz pełny cyfrowy dostęp do The Fabricator en Español, zapewniający łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Andy Billman dołącza do podcastu The Fabricator, aby opowiedzieć o swojej karierze w branży produkcyjnej, pomysłach stojących za Arise Industrial,…
Czas publikacji: 18 maja 2023 r