Ako optimalizovať podávanie pásu v stroji na tvárnenie pásu

Základy podávania pásu v strojoch na tváranie pásu

Prečo presnosť podávania určuje kvalitu výrobkov a životnosť nástrojov

Presné nastavenie podávania pásu rozhoduje o tom, ako presne sa súčiastky tlačia a ako dlho vlastne vydržia postupné tvárovacie nástroje. Už najmenšia odchýlka pri podávaní – napríklad okolo 0,1 mm – sa postupne zosilňuje, keď sa súčiastky pohybujú cez jednotlivé tvárovacie stanice. Čo sa stane? Vznikne nesúhlasnosť polohy, čo spôsobuje nadmerné zaťaženie nástrojov a zvyšuje množstvo odpadu. Podľa nedávneho výskumu uverejneného v časopise Journal of Manufacturing Processes v roku 2023 neustály pohyb pásu môže zrýchliť opotrebovanie nástrojov približne o 30 %. Situácia sa ešte viac zhoršuje pri ťažšie spracovateľných materiáloch, ako je napríklad nehrdzavejúca oceľ hrúbky 0,8 mm, kde sa problémy s pružným vrátením (springback) začínajú výrazne negatívne prejavovať na dodržaní tolerancií. Zachovanie extrémne konštantného podávania na úrovni mikrónov pomáha zabrániť deformácii hrán počas operácií vyrezávania (blanking) a zároveň zníži výskyt tých otravných hrotov (burrs). Výsledok? Nástroje sa udržiavajú v dobrom stave oveľa dlhšie – pri výrobe vysokých objemov sa ich životnosť niekedy predĺži až o 40 %.

Základné komponenty: odvinovacia zariadenie, vyrovnávač, NC servopoháňaný podávač a integrácia postupného nástroja

Štyri synchronizované systémy umožňujú presné podávanie pásu:

• Dešifrátor : Odvíja cievky a zároveň udržiava konštantné napätie
• Vyrovnanie : Eliminuje zakrivenie cievky a bočné skrútenie (crossbow) prostredníctvom korekcie viacerými valcami
• NC servopoháňaný podávač : Posúva materiál pomocou programovateľných pohybových profilov
• Postupná matrica : Vykonáva postupné operácie s presným polohovaním podľa vodiacej dierky

V tomto nastavení je veľmi dôležité, aby všetko správne fungovalo spoločne. Vyrovnač musí udržiavať rovnosť približne 0,5 mm na meter, ak chceme predísť problémom so šmykmi servopodávača počas prevádzky. Súčasne pilotné kolíky na tvárni plnia svoju úlohu tým, že zarovnávajú kovové pásy pri ich presune z jednej stanice do druhej. V súčasnosti väčšina pokročilých systémov prepojuje všetky tieto komponenty pomocou mechanizmov riadenia so spätnou väzbou. Čo im umožňuje tak vynikajúce výsledky? Stačí sa pozrieť na samotné servopodávače – ich rozlíšenie klesá pod 0,01 mm, čo znamená, že pásy sú presne umiestnené pred každým jednotlivým zdvihom lisu. Keď všetky tieto prvky bezproblémovo spolupracujú, skracuje sa mrtvý čas medzi jednotlivými operáciami. A nezabudnime ani na pôsobivé rýchlosti, ktorých môžu výrobcovia dosiahnuť, ak sa všetko správne zapadne do seba. Hovoríme o viac ako 120 zdvihoch za minútu v mnohých automobilových výrobných zariadeniach – niečo, čo by pred niekoľkými rokmi považovali za nemožné.

Optimalizácia pohybového profilu pre materiálovo špecifické podávanie pásky

Lichobežníkový vs. S-krivkový profil: vyváženie rýchlosti, zrýchlenia a integrity okrajov

Voľba pohybovej krivky rozhoduje o všetkom, keď ide o udržanie konzistentnosti súčiastok a predĺženie životnosti nástrojov. Lichobežníkové profily sa veľmi dobre osvedčujú pri hrubších materiáloch, ako je napríklad uhlíková oceľ s hrúbkou 1,5 mm, pretože rýchlo zrýchľujú a počas prevádzky udržiavajú stálu rýchlosť. Deformácia okrajov nie je pri týchto materiáloch významným problémom. Avšak treba dávať pozor na prudké zmeny smeru pri lichobežníkových profiloch – spôsobujú vibrácie, ktoré negatívne ovplyvňujú rozmerovú presnosť, najmä pri tenkých fóliách. Tu sa výnimočne osvedčujú S-krivkové profily. Tieto profily postupne zvyšujú zrýchlenie namiesto toho, aby sa do pohybu len náhle „vrhli“. Podľa výskumu ASME z minulého roku tento prístup zníži maximálne mechanické namáhanie približne o 40 %. Hladší štart a zastavenie pomáha zachovať integritu okrajov citlivých materiálov, ako sú zliatiny medi, hoci výrobné cykly trvajú dlhšie – približne o 15 až 25 % dlhšie. Pri rýchlych razových operáciách na hliníkových plechových doskách s hrúbkou 0,5 mm S-krivky dokonca zabránia vzniku mikroskopických trhlin, pričom zároveň udržiavajú pôsobivé výstupné rýchlosti nad 80 súčiastok za minútu.

Zmiernenie pružného návratu a chýb spôsobených zotrvačnosťou pri tenkých pásikoch (napr. nehrdzavejúca oceľ s hrúbkou 0,8 mm)

Tenké pásiky z nehrdzavejúcej ocele s hrúbkou pod 1,0 mm vykazujú výrazný pružný návrat spôsobený elastickou deformáciou po tvárnení – to je hlavnou príčinou rozptylu rozmerov pri vysokopresných súčiastkach. Chyby spôsobené zotrvačnosťou sa k tomu pridávajú pri rýchlom spomaľovaní, keď sa materiál natiahne za medzu klzu. Na potlačenie týchto účinkov:

1. Použite S-krivky s obmedzeným zrýchlením a maximálnymi hodnotami rázovej zmeny zrýchlenia (jerk) pod 50 m/s³
2. Kalibrujte doby zdržania podávača, aby sa umožnilo uvoľnenie napätia medzi cyklami
3. Použite tenzometre na vstupe do tvárnice na spustenie úprav profilu v reálnom čase

Pri aplikáciách z nehrdzavejúcej ocele s hrúbkou 0,8 mm zníženie maximálneho zrýchlenia z 0,8G na 0,5G zníži rozptyl pružného návratu o 32 % pri zachovaní rýchlostí podávania vyšších ako 45 m/min. Uzavretá slučka regulácie napätia ďalej synchronizuje tok materiálu a odstraňuje časový posun, ktorý zhoršuje tenšenie spôsobené zotrvačnosťou.

Regulácia v uzavretej slučke a integrácia systému pre konzistentné podávanie pásu

Zhoda napätia po celej linke: odstránenie časového posunu s rozptylom < 2 PSI

Udržiavanie konštantného napätia po celej dĺžke strojovej linky na tvorbu pásu zabraňuje vzniku tých otravných problémov s časovaním. Keď sa kolísania tlaku prekročia hodnotu 2 PSI, materiály začínajú šmýkať alebo sa deformovať (vrátiť), čo spôsobuje nesprávne zarovnanie dielov a postupné poškodenie nástrojov (matric). Väčšina moderných prevádzok využíva uzavreté regulačné systémy so snímačmi tlaku inštalovanými priamo v kľúčových miestach – napríklad pri odvinovači, v úseku vyrovnávača a pri jednotke podávača. Údaje od týchto snímačov sú priamo prenášané do hlavnej riadiacej skrinky, ktorá neustále upravuje nastavenia brzd a prispôsobuje rýchlosť servomotorov tak, aby sa napätie udržiavalo v úzkom rozsahu ±1,5 PSI. Dosiahnutie tohto druhu regulácie má na výrobnej ploche veľký vplyv. Výrobné závody uvádzajú zníženie odpadu až o 25 až 30 percent pri výrobe vysokovýkonnostných sérií, navyše nástroje majú výrazne dlhšiu životnosť, keďže už nie sú poškodzované náhodnými chybami pri podávaní materiálu.

Spätná väzba v reálnom čase zo snímačov na výstupe z vyrovnávača k príkazom NC servopodávača

Senzory umiestnené na výstupe z niveléra sledujú niekoľko dôležitých faktorov, vrátane napätia pásu, polohy jednotlivých prvkov a celkovej kvality povrchu. Ďalší krok je tiež pomerne impresívny – všetky tieto údaje sa takmer okamžite odoslu sú do NC servo podávača, čo mu umožňuje rýchlo upraviť svoje pohyby. Napríklad pri akejkoľvek zmene hrúbky materiálu systém dokáže dynamicky upraviť zrýchlenie. Takéto opravy v reálnom čase pomáhajú predchádzať problémom v neskorších fázach nastavenia postupného tvárniceho nástroja. Celý systém funguje tak efektívne, že operátori už nemusia zasahovať tak často ako predtým – podľa nedávnych meraní sa tak znížila manuálna práca približne o 40 percent. Presnosť podávania tiež zostáva veľmi vysoká a udržiava sa v rozmedzí ± 0,05 mm, aj keď sa systém prevádzkuje pri viac ako 100 úderoch za minútu. Táto presnosť zabezpečuje, že súčiastky majú počas zložitých procesov tvárnenia pásu konzistentne vysokú kvalitu.

Výber a použitie správneho typu podávača pre vašu strojovú linku na tvárnenie pásu

Podávač s chytočmi vs. valcový podávač: kritériá rozhodovania na základe hrúbky, rýchlosti a citlivosti povrchu

Pri rozhodovaní medzi zberačovými a valčekovými podávačmi je potrebné brať do úvahy tri hlavné aspekty: hrúbku materiálu, požadovanú rýchlosť výroby a dôležitosť povrchu materiálu. Zberačové systémy sa najlepšie osvedčujú pri veľmi tenkých materiáloch s hrúbkou pod 0,5 mm pri prevádzke rýchlosťou vyššou ako 120 kusov za minútu. Dokážu dosiahnuť veľmi úzke tolerancie približne ± 0,1 mm. Upozorňujeme však na to, že zberače môžu poškriabať alebo poškodiť lesklé povrchy či povlaky na kovoch. Valčekové podávače pristupujú inak. Sú šetrnejšie voči hrubším materiálom s hrúbkou nad 1,2 mm a vďaka špeciálnym nezanechávajúcim stôp valčekom na povrchu materiálu nespôsobia žiadne poškodenia. Nevýhodou je však to, že väčšina valčekových systémov dosahuje maximálne približne 100 kusov za minútu. Aj nerezová oceľ a iné pružné zliatiny vyžadujú zvýšenú pozornosť. Pri správnom nastavení napätia na valčekových podávačoch sa deformácia materiálu počas podávania minimalizuje. Pred konečným rozhodnutím pre jeden z týchto systémov je rozumné otestovať kompatibilitu s existujúcimi postupnými dielmi, pretože nesprávne zhodné nastavenia často vedú k nákladným problémom s zarovnaním v neskoršom štádiu výroby.

Často kladené otázky o základoch podávania pásu v strojoch na tvárnenie pásu

1. Čo je podávanie pásu v strojoch na tvárnenie pásu?

Podávanie pásu označuje presné posúvanie a polohovanie materiálových pásov v strojoch na tvárnenie pásu pre operácie, ako sú razenie a režanie.

2. Prečo je dôležitá presnosť pri podávaní pásu?

Presnosť pri podávaní pásu je kľúčová pre dosiahnutie presného razenia, zníženie opotrebovania nástrojov, minimalizáciu hriankov a udržanie optimálnej životnosti nástrojov.

3. Aké sú základné komponenty zapojené do podávania pásu?

Základné komponenty zahŕňajú odvinovač, vyrovnávač, NC servopodávač a postupnú formu, ktoré spoločne zabezpečujú synchronizované podávanie pásu.

4. Ako ovplyvňujú profil trapezoidu a S-krivky podávanie pásu?

Profily trapezoidu sú vhodné pre hrubšie materiály a ponúkajú vyššie rýchlosti, zatiaľ čo profily S-krivky znižujú chyby na okrajoch a napätie pre jemné materiály.

5. Aké výzvy sa vyskytujú pri podávaní tenkých pásikov?

Tenké pásy sú podrobené pružnému odskoku a chybám spôsobeným zotrvačnosťou, ktoré je možné znížiť použitím profilov s obmedzeným zrýchlením a tenzometrických snímačov.