Figur 1. Vid CNC-böjning, allmänt känd som panelböjning, kläms metallen på plats och de övre och nedre böjningsbladen bildar positiva och negativa flänsar.
En typisk plåtverkstad kan ha en kombination av bockningssystem. Självklart är bockmaskiner vanligast, men vissa butiker satsar även på andra formningssystem som bockning och panelvikning. Alla dessa system underlättar bildandet av olika delar utan användning av specialverktyg.
Även plåtformning i massproduktion utvecklas. Sådana fabriker behöver inte längre förlita sig på produktspecifika verktyg. De har nu en modullinje för alla formningsbehov, som kombinerar panelböjning med en mängd olika automatiska former, från hörnformning till pressning och valsbockning. Nästan alla dessa moduler använder små, produktspecifika verktyg för att utföra sina operationer.
Moderna automatiska plåtbockningslinjer använder det allmänna konceptet "böjning". Detta beror på att de erbjuder olika typer av bockning utöver vad som vanligtvis kallas panelböjning, även känd som CNC-böjning.
CNC-böjning (se figurerna 1 och 2) är fortfarande en av de vanligaste processerna på automatiserade produktionslinjer, främst på grund av dess flexibilitet. Panelerna flyttas på plats med hjälp av en robotarm (med karakteristiska "ben" som håller och flyttar panelerna) eller ett speciellt transportband. Transportörer tenderar att fungera bra om arken tidigare har skurits med hål, vilket gör dem svåra för roboten att flytta.
Två fingrar sticker ut från botten för att centrera delen innan den böjs. Därefter sitter plåten under klämman, som sänker och fixerar arbetsstycket på plats. Ett blad som kröker underifrån rör sig uppåt och skapar en positiv kurva, och ett blad som kröker uppifrån skapar en negativ kurva.
Tänk på böjaren som ett stort "C" med topp- och bottenblad i båda ändar. Den maximala hylllängden bestäms av halsen bakom det böjda bladet eller baksidan av "C".
Denna process ökar böjningshastigheten. En typisk fläns, positiv eller negativ, kan bildas på en halv sekund. Rörelsen hos det böjda bladet är steglöst variabel, vilket gör att du kan skapa många former, från enkla till otroligt komplexa. Det gör det också möjligt för CNC-programmet att ändra den yttre radien av böjningen genom att ändra den exakta positionen för den böjda plattan. Ju närmare skäret är spännverktyget, desto mindre är delens yttre radie ungefär två gånger tjockleken på materialet.
Denna variabla kontroll ger också flexibilitet när det kommer till bockningssekvenser. I vissa fall, om den sista böjningen på ena sidan är negativ (nedåt), kan bockningsbladet tas bort och transportörmekanismen lyfter arbetsstycket och transporterar det nedströms.
Traditionell panelböjning har nackdelar, särskilt när det gäller estetiskt viktigt arbete. Böjda blad tenderar att röra sig på ett sådant sätt att bladets spets inte stannar på ett ställe under böjningscykeln. Istället tenderar den att släpa något, ungefär på samma sätt som plåten släpas längs axelradien under en kantpresss böjningscykel (även om vid panelböjning uppstår motstånd endast när böjningsbladet och punkt-till-punkt-delen kommer i kontakt med den yttre ytan).
Gå in i en rotationsböj, liknande vikning på en separat maskin (se fig. 3). Under denna process roteras bockningsbalken så att verktyget förblir i konstant kontakt med en punkt på arbetsstyckets yttre yta. De flesta moderna automatiserade svivelbockningssystem kan utformas så att svängbalken kan böjas upp och ner enligt applikationen. Det vill säga, de kan roteras uppåt för att bilda den positiva flänsen, flyttas om för att rotera runt den nya axeln och sedan böja den negativa flänsen (och vice versa).
Figur 2. Istället för en konventionell robotarm använder denna panelböjcell ett speciellt transportband för att manipulera arbetsstycket.
Vissa rotationsböjningsoperationer, känd som dubbelrotationsböjning, använder två balkar för att skapa speciella former som Z-former som inkluderar alternerande positiva och negativa böjningar. Enkelstrålesystem kan vika dessa former med rotation, men tillgång till alla viklinjer kräver att du vänder arket. Det dubbla böjsystemet ger åtkomst till alla böjlinjer i en Z-böj utan att vända plåten.
Rotationsböjning har sina begränsningar. Om mycket komplexa geometrier krävs för en automatiserad applikation är CNC-böjning med steglöst justerbar rörelse av bockningsbladen det bästa valet.
Problemet med rotationskinken uppstår också när den sista kinken är negativ. Medan bockningsbladen vid CNC-böjning kan röra sig bakåt och i sidled, kan de svängande bockningsbalkarna inte röra sig på detta sätt. Den sista negativa böjningen kräver att någon fysiskt trycker på den. Även om detta är möjligt i system som kräver mänsklig inblandning, är det ofta opraktiskt på helautomatiska bockningslinjer.
Automatiserade linjer är inte begränsade till panelböjning och vikning – de så kallade "horisontella bockningsalternativen", där plåten förblir platt och hyllorna viks upp eller ner. Andra formningsprocesser utökar möjligheterna. Dessa inkluderar specialiserade operationer som kombinerar kantpress och rullböjning. Denna process uppfanns för tillverkning av produkter som rulljalusier (se figur 4 och 5).
Föreställ dig att ett arbetsstycke transporteras till en bockningsstation. Fingrarna glider arbetsstycket i sidled över borstbordet och mellan den övre stansen och den nedre dynan. Som med andra automatiserade bockningsprocesser är arbetsstycket centrerat och styrenheten vet var viklinjen är, så det finns inget behov av en backgauge bakom formen.
För att utföra en böjning med en kantpress sänks stansen ner i formen, böjningen görs och fingrarna för fram plåten till nästa böjlinje, precis som en operatör skulle göra framför kantpressen. Operationen kan också utföra slagböjning (även känd som stegböjning) längs radien, precis som på en konventionell bockningsmaskin.
Naturligtvis, precis som en kantpress, lämnar böjning av en läpp på en automatiserad produktionslinje ett spår av böjlinjen. För böjar med stora radier kan användning av enbart kollision öka cykeltiden.
Det är här rullböjningsfunktionen kommer in i bilden. När stansen och formen är i vissa lägen förvandlas verktyget effektivt till en trevalsrörbockare. Spetsen på den översta stansen är den övre "rullen" och flikarna på den nedre V-formen är de två nedre rullarna. Maskinens fingrar trycker på arket och skapar en radie. Efter böjning och rullning rör sig den övre stansen upp och ur vägen, vilket lämnar utrymme för fingrarna att trycka den gjutna delen framåt utanför arbetsområdet.
Böjningar på automatiserade system kan snabbt skapa stora, breda kurvor. Men för vissa applikationer finns det ett snabbare sätt. Detta kallas flexibel variabel radie. Detta är en egenutvecklad process som ursprungligen utvecklades för aluminiumkomponenter i belysningsindustrin (se figur 6).
För att få en uppfattning om processen, tänk på vad som händer med tejpen när du skjuter den mellan saxbladet och tummen. Han vrider sig. Samma grundidé gäller för böjar med variabel radie, det är bara en lätt, skonsam beröring av verktyget och radien formas på ett mycket kontrollerat sätt.
Figur 3. Vid bockning eller vikning med rotation roteras bockningsbalken så att verktyget förblir i kontakt med ett ställe på plåtens yttre yta.
Föreställ dig ett tunt ämne fixerat på plats med materialet som ska gjutas fullt stödd under. Böjverktyget sänks, pressas mot materialet och förs fram mot griparen som håller arbetsstycket. Verktygets rörelse skapar spänningar och gör att metallen "vrider sig" bakom den med en viss radie. Verktygets kraft som verkar på metallen bestämmer mängden inducerad spänning och den resulterande radien. Med denna rörelse kan bockningssystemet med variabel radie skapa böjningar med stora radier mycket snabbt. Och eftersom ett enda verktyg kan skapa vilken radie som helst (igen, formen bestäms av det tryck som verktyget applicerar, inte formen), kräver processen inga specialverktyg för att böja produkten.
Att forma hörn i plåt är en unik utmaning. Uppfinning av en automatiserad process för marknaden för fasadpaneler (beklädnad). Denna process eliminerar behovet av svetsning och ger vackert böjda kanter, vilket är viktigt för höga kosmetiska krav såsom fasader (se fig. 7).
Man börjar med en tom form som skärs ut så att önskad mängd material kan placeras i varje hörn. En specialiserad bockningsmodul skapar en kombination av skarpa hörn och jämna radier i intilliggande flänsar, vilket skapar en "förböj" expansion för efterföljande hörnformning. Slutligen skapar ett kurvverktyg (integrerat i samma eller en annan arbetsstation) hörnen.
När en automatiserad produktionslinje väl är installerad kommer den inte att bli ett orörligt monument. Det är som att bygga med legoklossar. Webbplatser kan läggas till, ordnas om och göras om. Antag att en del i en montering tidigare krävde sekundärsvetsning vid ett hörn. För att förbättra tillverkningsbarheten och minska kostnaderna, övergav ingenjörer svetsar och omdesignade delar med nitade fogar. I detta fall kan en automatisk nitstation läggas till viklinjen. Och eftersom linjen är modulär behöver den inte demonteras helt. Det är som att lägga till ytterligare en LEGO-bit till en större helhet.
Allt detta gör automatisering mindre riskabel. Föreställ dig en produktionslinje utformad för att producera dussintals olika delar i sekvens. Om denna linje använder produktspecifika verktyg och produktlinjen ändras, kan verktygskostnaderna bli mycket höga med tanke på linjens komplexitet.
Men med flexibla verktyg kan nya produkter helt enkelt kräva att företag ordnar om legoklossar. Lägg till några block här, ordna om andra där, så kan du köra igen. Det är förstås inte så lätt, men att konfigurera om produktionslinjen är inte heller en svår uppgift.
Lego är en passande metafor för autoflexlinjer i allmänhet, oavsett om de handlar om partier eller uppsättningar. De uppnår prestandanivåer för produktionslinjegjutning med produktspecifika verktyg men utan några produktspecifika verktyg.
Hela fabriker är inriktade på massproduktion, och att förvandla dem till komplett produktion är inte lätt. Att omplanera en hel anläggning kan kräva långa driftstopp, vilket är kostsamt för en anläggning som producerar hundratusentals eller till och med miljontals enheter per år.
För vissa storskaliga plåtbockningsoperationer, speciellt för nya anläggningar som använder den nya skiffern, har det dock blivit möjligt att bilda stora volymer baserade på kit. För rätt applikation kan belöningarna vara enorma. Faktum är att en europeisk tillverkare har minskat ledtiderna från 12 veckor till en dag.
Därmed inte sagt att konvertering från batch-till-kit inte är meningsfull i befintliga anläggningar. När allt kommer omkring kommer att minska ledtiderna från veckor till timmar ge en enorm avkastning på investeringen. Men för många företag kan initialkostnaden vara för hög för att ta det här steget. Men för nya eller helt nya linjer är kit-baserad produktion ekonomiskt vettig.
Ris. 4 I denna kombinerade bockningsmaskin och valsformningsmodul kan plåten placeras och böjas mellan stansen och formen. I rullningsläge är stansen och formen placerade så att materialet kan tryckas igenom för att bilda en radie.
När du designar en produktionslinje med stora volymer baserad på kit, överväg noga matningsmetoden. Böjningslinjer kan utformas för att ta emot material direkt från spolar. Materialet kommer att lindas av, tillplattas, kapas till längd och passeras genom en stämplingsmodul och sedan genom olika formningsmoduler utformade specifikt för en enskild produkt eller produktfamilj.
Allt detta låter väldigt effektivt – och det är för batchbearbetning. Det är dock ofta opraktiskt att konvertera en rullbockningslinje till satsproduktion. Att sekventiellt bilda en annan uppsättning delar kommer med största sannolikhet att kräva material av olika kvaliteter och tjocklekar, vilket kräver byte av spolar. Detta kan resultera i stillestånd på upp till 10 minuter – en kort tid för hög/låg satsproduktion, men mycket tid för en höghastighetsböjlinje.
En liknande idé gäller traditionella staplare, där en sugmekanism plockar upp enskilda arbetsstycken och matar dem till stansnings- och formningslinjen. De har vanligtvis bara plats för en arbetsstyckesstorlek eller kanske flera arbetsstycken av olika geometrier.
För de flesta kit-baserade flexibla trådarna är ett hyllsystem bäst lämpat. Racktornet kan lagra dussintals olika storlekar av arbetsstycken, som kan matas in i produktionslinjen en efter en efter behov.
Automatiserad kit-baserad produktion kräver också pålitliga processer, särskilt när det kommer till formning. Alla som har arbetat inom området plåtbockning vet att plåtens egenskaper är olika. Tjocklek, såväl som draghållfasthet och hårdhet, kan variera från parti till parti, vilket alla förändrar formningsegenskaperna.
Detta är inte ett stort problem med automatisk gruppering av viklinjer. Produkter och deras tillhörande produktionslinjer är vanligtvis utformade för att tillåta variationer i material, så hela partiet måste vara inom specifikationen. Men återigen, ibland förändras materialet i sådan utsträckning att linjen inte kan kompensera för det. I dessa fall, om du skär och formar 100 delar och några delar saknar specifikation, kan du helt enkelt köra om fem delar och på några minuter har du 100 delar för nästa operation.
I en kit-baserad automatiserad bockningslinje måste varje del vara perfekt. För att maximera produktiviteten arbetar dessa kit-baserade produktionslinjer på ett mycket organiserat sätt. Om en produktionslinje är designad att köras i sekvens, säg sju olika sektioner, kommer automatiseringen att köras i den sekvensen, från början av linjen till slutet. Om del #7 är dålig kan du inte bara köra del #7 igen eftersom automatiken inte är programmerad att hantera den enstaka delen. Istället måste du stoppa linjen och börja om med artikelnummer 1.
För att förhindra detta använder den automatiska vikningslinjen realtidsmätning av laservinkeln som snabbt kontrollerar varje vikvinkel, vilket gör att maskinen kan korrigera inkonsekvenser.
Denna kvalitetskontroll är avgörande för att säkerställa att produktionslinjen stödjer den kitbaserade processen. Allt eftersom processen förbättras kan en kit-baserad produktionslinje spara mycket tid genom att minska ledtiderna från månader och veckor till timmar eller dagar.
FABRICATOR är Nordamerikas ledande magasin för ståltillverkning och formning. Tidningen publicerar nyheter, tekniska artiklar och framgångshistorier som gör det möjligt för tillverkare att göra sitt jobb mer effektivt. FABRICATOR har varit i branschen sedan 1970.
Fullständig digital tillgång till FABRICATOR är nu tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Fullständig digital tillgång till The Tube & Pipe Journal är nu tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Fullständig digital tillgång till The Fabricator en Español är nu tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Andy Billman går med i The Fabricator-podcast för att prata om sin karriär inom tillverkning, idéerna bakom Arise Industrial,...
Posttid: 18 maj 2023