Особливості згинання листового металу на листозгинальних пресах

ОСОБЛИВОСТІ ЗГИНАННЯ ЛИСТОВОГО МЕТАЛУ НА ЛИСТОЗГИНАЛЬНИХ ПРЕСАХ

Існує кілька методів згинання листового металу. У даній статті ми розглянемо найбільш універсальний і поширений метод отримання тривимірних виробів з листа з допомогою гідравлічних листозгинальних пресів з вертикальною гибочної балкою.

Головні технологічні задачі процесу гнуття – забезпечення точності кута, радіусу у місці згину і розміру полиць деталі в межах заданих допусків. Деталь встановлюється на матрицю і горизонтально позиціонується проти упорів, визначаючи розмір полиці (рис.1).

Кут згинання забезпечується глибиною проникнення пуансона в матрицю, який вдавлює в неї заготовку (рис. 2). Радіус визначається радіусом пуансона і відстанню між кромками матриці (при її відкритті).

Необхідно розуміти, що на гнучкі параметри, такі як зусилля, глибина проникнення пуансона, відкриття матриці і т. д., безпосередньо впливають механічні властивості матеріалу, сто товщина і глибина згину. Це особливо важливо, якщо властивості і товщина металу мають великі відхилення навіть в одній партії поставки.

Для отримання заданого кута і радіусу зазвичай застосовують кілька способів гнуття, кожен з яких має свої переваги і недоліки. Стосовно до всіх методів забезпечення кута і радіуса можна сказати, що важливим питанням є підбір інструменту. Саме форма і розміри налагодження «пуансон-матриця» забезпечують можливість отримання різних кутів і радіусів на певних товщинах, розміри полиць і довжинах згинання поряд з можливостями пресів. Детальний опис кожного способу згинання може бути темою кількох статей, тому ми зупинимося на основних моментах двох перших методів: метод згинання в повітрі і адаптивний метод.

Для того, щоб перейти до опису устаткування, застосовуваного для забезпечення даних процесів, його особливостей, розглянемо загальну конструкцію листозгинальних пресів і принципи їх роботи, осі переміщення і їх позначення (рис.3).

Гідравлічний листозгинальний прес складається з наступних елементів:

• гідравлічних циліндрів, які кріпляться до бічних стійок;
• нижньої балки зі столом і системою кріплення матриць;
• верхньої балки з системою кріплення пуансонів, прикріплених до штокам гідроциліндрів;
• системи задніх упорів, що забезпечують базування заготовки та встановлених з задньої сторони нижньої балки

Штоки гідроциліндрів повідомляють рух верхній балці у вертикальному напрямку по осі Y, тим самим забезпечуючи глибину проникнення пуансона в матрицю. Задні упори можуть переміщатися по трьох осях X, R, Z, а саме глибині, висоті відносно лінії згину і уздовж лінії згину відповідно (рис.4).

Вісь V визначає величину компенсації прогину балок преса. Прес може бути обладнаний пристроєм передній підтримки листа з можливістю супроводу його під час згинання, для визначення переміщень якої використовують вісь Т. По осі W визначається переміщення безконтактного пристрою адаптивного контролю кута уздовж лінії згину.

Листозгинальні преси можна розділяти на три категорії за способами переміщення осей і контролю їх позицій:

1. Всі осі позиціонуються вручну;

2. Преси управляються від ЧПУ;

3. Преси з ЧПУ.

При виборі пресів, що належать до першим двом категоріям, можна стверджувати, що підприємство планує придбати бюджетне рішення своїх завдань, при цьому гнучкість, універсальність і швидкість переходу від одного виробу до іншого не є критерієм вибору.

Розглянемо листозгинальні преси з ЧПУ більш детально, оскільки саме даний вид обладнання викликає велику кількість запитань в процесі вибору.

Питання вибору пресів – важливе завдання для підприємств. Критерії вибору можуть бути різними, виходячи з реальних задач виробництва і розміру планованих інвестицій. Ми розглянемо це питання тільки з точки зору можливостей устаткування. Переміщення верхньої балки по осі Y визначається розвиває зусиллям, швидкістю підходу, робочого ходу і швидкістю повернення. Дані параметри впливають в першу чергу на продуктивність. Точність позиціонування по осі Y – найбільш важливий параметр, оскільки вона безпосередньо впливає на кут згину. Практично всі виробники контролюють цей параметр за допомогою установки оптичних лінійок на бічних стійках преса. Точність цього параметра повинна бути забезпечена в межах 0,01 мм, оскільки зміна на цю величину вже створює помилку в 1* при куті згину 135* (відкриття матриці 4 мм). Чим більше кут і менше товщина, тим більший вплив на точність кута надає точність позиції по осі Y. Питання контролю якості переміщення верхньої балки безпосередньо пов'язаний з переміщенням штоків лівого і правого гідравлічного циліндрів. У цьому сенсі на пресах з ЧПУ розрізняють дві осі Y – це Y1 і Y2. Забезпечення синхронізації переміщень і позиціонування – важливі завдання виробників пресів. Якщо є різниця позицій, то кут деталі по довжині згину буде різним. Також можна програмно задати перекіс верхньої балки, якщо потрібно отримати різні кути з лівого і правого боку лінії згину.

Говорячи про переміщення і позиціонуванні верхньої балки, необхідно відзначити ще дві можливості преса. По-перше, це час затримки і утримання зусилля в нижній точці, яке впливає на фіксацію кута і в багатьох випадках важливо при автоматичному контролі і корекції кута при адаптивної згинанні. По-друге, це компенсація розкриття бічних стійок преса під час положення зусилля. Практично всі виробники обладнують свої верстати в базовій комплектації скобами з кінцевими вимикачами для даної корекції.

Вісь V, визначає компенсацію прогину балок, забезпечує сталість кута по всій довжині згину. Під час додатка зусилля верхньої балки по осях Y1 і Y2 відбувається прогин верхньої та нижньої балок від середини до бічних сторін. В результаті виходять різні кути уздовж лінії згину. Для оптимізації цього ефекту виробники використовують різні системи компенсації прогину або системи «бомбирования». Клинова система заснована на зсуві верхній частині столу щодо нижньої, де кут клинів зменшується від центру столу до його країв (рис.5).

Система хвиль подібна клиновий, але замість клинів використовується профіль хвилі. Пропонується також система вирізів спеціальної форми в нижній балці, які покликані компенсувати будь-які ефекти прогину балок. Ще один варіант – це система гідравлічних циліндрів, вбудованих у нижню балку.

Системи компенсації прогину можуть бути з ручним виставленням параметрів або з керуванням від ЧПУ. Системи з ЧПК дають можливість автоматизувати цей процес і зберегти в пам'яті стійкі дані для певних матеріалів, товщин, деталей. При довжині згинання понад 2000 мм використання системи компенсації прогину – необхідна умова для отримання постійного кута по всій довжині деталі.

Розглядаючи переміщення верхньої балки і системи компенсації прогину балок, ми говорили про позиції нижньої точки пуансона. Позиції задніх упорів по осях X, R, Z забезпечують базування заготовки для визначення розмірів полиць деталей. Вибір конструкції задніх упорів і кількості ЧПУ керованих осей залежить від складності виготовлюваних деталей. Для цих цілей виробники обладнання пропонують безліч варіантів. Найпростіший – здвоєне переміщення двох упорів по осі X(X1+X2) і ручне виставлення упорів по осях R1, R2 і Z1, Z2. Така схема упорів ефективна при виготовленні простих деталей, що не вимагають базування на висоті. Схема ЧПУ здвоєного переміщення упорів по X і R з ручним переміщенням Z1, Z2 дозволяє автоматично позиціонувати упори, як по глибині, так і по висоті. Інший варіант – додати ЧПУ переміщення по осях Z1 і Z2 і при цьому виключити втрати часу на ручне переміщення упорів уздовж лінії згину. Також є можливість вибрати ЧПУ переміщення по неповної осі X або X` одного з упорів і забезпечити можливість базування заготовки під невеликим кутом. Повну універсальність можна отримати при використанні незалежних двох упорів з переміщенням кожного з них по трьох осях X1, R1, Z1 і X2, R2, Z2. Вибір схеми упору залежить від необхідності базування заготовки під кутом або при виборі незалежного переміщення по осях X1, X2.

Будь матеріал має певний коефіцієнт пружинения і прагне прийняти початкову форму. При вільній згинанні в момент зняття зусилля кут відкривається і його треба коригувати. Зазвичай дії оператора при запуску у виробництво деталі складаються з першого згину, вимірювання отриманого кута, введення корекції на різницю у вугіллі, наступного згину, нового виміру отриманого кута і т. д. до отримання заданого. Оператор щоразу вводить корекцію на зміну позицій осей Y1, Y2 і осі компенсації прогину балок.

Проблема отримання заданого кута згинання з першого разу актуальна і для її вирішення існує кілька варіантів. Треба визначити критерії вибору або вимоги до таких пристроїв. Система повинна мати інтерфейс з великою швидкістю передачі даних з ЧПУ, для того щоб не сповільнювати процес гнуття. Крім того, вона повинна бути встановлена так, щоб не перешкоджати процесу гнуття; необхідно забезпечити можливість згину коротких полиць і Z-профілів. Система повинна бути функціональною при роботі в найважчих виробничих умовах і не залежати від точності інструментальної оснастки, так само, як і від непостійності якості оброблюваного металу (зміни товщини, твердості, напрямки структури). Виробники пропонують кілька рішень.

Лазерний контроль кута згинання заснований на проекції множини лазерних точок на полицю деталі і поверхня матриці (рис.6) за допомогою камер випромінювання, встановлених з двох сторін нижнього столу.

Результатом вимірювання є кут, отриманий в режимі реального часу. Вимірювання передаються в ЧПУ, і кут коригується автоматично шляхом зміни позицій Y1, Y2 гідроциліндрів і осі V компенсації прогину. Пристрій має можливість переміщення вздовж лінії згину, тим самим забезпечуючи вимірювання в центрі і по краях деталі. Система працює в двох режимах: контроль кута, виходячи з величини пружинения, закладеної в ЧПУ, і вимір пружинения, збереження даних для подальшого використання при виробництві деталей з даного матріала.

Є ще одна система, заснована на використанні механічних датчиків, вбудованих в спеціальні сегменти інструментальної оснастки. Тут також проводяться вимірювання кута і його корекція, виходячи з даних, отриманих з вбудованих датчиків. Потрібні спеціальні сегменти інструменту і установка їх в місцях вимірювання.

Існує інша система, яка не задіює принцип безпосереднього вимірювання кута в реальному режимі часу, а використовує прецизійне вимірювання тиску в гідравлічній системі і розраховує значення кута, виходячи з позиції пуансона в нижній точці.

Окремої уваги заслуговують важкі листозгинальні преси потужністю від 300 т і вище до 3000 – 5000 т і тандемного виконання листозгинальних пресів (рис.7). Виробників таких верстатів небагато, оскільки реалізація на цих машинах всіх вимог, про які ми говорили вище, завдання досить складне. Якщо потрібно забезпечити глибину згинання 10 м і більше, зазвичай вибір зупиняють на тандемному використання пресів. Таке використання передбачає використання двох пресів, що працюють синхронно. При цьому преси можуть мати різну довжину згину і різне зусилля. Загальне зусилля буде розраховуватися виходячи з меншого зусилля на метр довжини глиба. Переваги такої схеми полягає в тому, що можна використовувати преси як у синхронному режимі роботи, так і окремо кожен верстат. При цьому інвестиції в тандемних рішення (наприклад, два преса по 6 м зусиллям по 640 т кожна) менше, ніж в один прес (з довжиною згину 12 м і зусиллям 1280 т).

У висновку наведемо назви фірм-виробників гідравлічних листозгинальних пресів, які працюють на ринку України і країн СНД самостійно або через своїх дилерів: RICO (Португалія), LVD Company N. V. (Бельгія), Trumpf (Німеччина), EHT (Німеччина), Amada (Японія-Франція), Finn-Power (Фінляндія), Bystronic (Швейцарія), Darley (Голландія), Gasparini (Італія), Vimercati (Італія), Colgar (Італія), Schiavi (Італія), Aliko (Фінляндія), Adira (Португалія), Haco (Бельгія), Ermaksan (Туреччина), Durma (Туреччина), Baykal (Туреччина), MVD (Туреччина).