Szybkie przezbrojenia maszyn w tłoczniach

Udostępnij:

Szeroko dziś stosowaną i uznaną technologią wytwarzania jest tłoczenie. Wynika to z uniwersalności tego procesu – możliwości kształtowania na zimno i gorąco bardzo wielu produktów przy użyciu różnych operacji (cięcia, kształtowania, łączenia), często przy jednym ustawieniu narzędzia lub w niewielkiej liczbie kroków. Nowoczesne technologie, takie jak hotforming i hydroforming, pozwalają kształtować zarówno geometrię, jak i własności wytrzymałościowe i użytkowe produktu końcowego.

Ogólna tendencja do wytwarzania tylko niezbędnej ilości produktów, bez konieczności ich nadmiernego magazynowania, wymusza stosowanie rozwiązań umożliwiających szybkie przezbrojenie maszyn do produkcji innego asortymentu wyrobów. Rozwiązania z obszaru SMED (Single Minute Exchange of Die), czyli szybkiego przezbrojenia, uwzględniają zarówno transport narzędzi, jak i ich wymianę oraz szybkie mocowanie.

Przezbrojenie prasy oznacza, w uproszczeniu, odmocowanie i ewakuację dotychczasowego narzędzia oraz wprowadzenie i zamocowanie nowego, z pominięciem czynności pobocznych, takich jak podłączenie do narzędzia medium, czujników, transferów itd. (rys. 1).

Schemat przezbrojenia maszyny; źródło: materiały autora


Dostarczenie narzędzi

Ważnym czynnikiem w całym procesie przezbrojenia jest zapewnienie odpowiednio zorganizowanego magazynu narzędzi. Łatwy dostęp do nich, umożliwienie szybkiego ich odłożenia i pobrania oraz właściwe ciągi komunikacyjne mają wpływ na czas trwania przezbrojenia. W celu usprawnienia transportu narzędzi wykorzystuje się odpowiednio przygotowane regały z polami odkładczymi, suwnice, specjalne wózki widłowe lub wózki transportowe do narzędzi. Ta ostatnia grupa wózków stosowana jest powszechnie dla małych i średnich narzędzi – o masie do 4 ton (rys. 2).

Wózki transportowe sterowane ręcznie (od lewej: o nośności 500 kg, 1000 kg i do 4000 kg); źródło: Roemheld

Głównymi zaletami tego typu rozwiązań są: niskie koszty zakupu, sterowanie ręczne i napęd pomocniczy, bardzo duża zwrotność oraz małe zapotrzebowanie na przestrzeń wokół. Występujące w wózkach listwy lub wkłady kulkowe oraz system dokowania gwarantują łatwe i bezpieczne przemieszczanie narzędzia z/na regały oraz z/na stół prasy bądź stoły i urządzenia pomocnicze.


TOP w kategorii




Wprowadzanie narzędzia

Kolejnym istotnym aspektem w procesie przezbrajania jest sposób wprowadzania narzędzi do prasy. Powszechnie stosuje się do tego takie urządzenia jak samotoki, wsporniki oraz konsole transportowe i odkładcze, które połączone są z prasą i pasują do powierzchni stołu. Narzędzie ułożone za pomocą suwnicy lub wózka na konsolę transportową może być łatwo wprowadzone do przestrzeni roboczej prasy (rys. 3).

Konsola z napędem umożliwiająca automatyczne wprowadzenie narzędzia; źródło: Hilma-Roemheld

Aby ułatwić, a w przypadku ciężkich narzędzi – w ogóle umożliwić ruch narzędzia w obrębie prasy, stół powinien być wyposażony w listwy rolkowe lub kulkowe albo wkłady rolkowe bądź kulkowe (rys. 4).

Listwy rolkowe i kulkowe oraz wkłady sprężynowe; źródło: Hilma-Roemheld

Różnica pomiędzy rolką a kulką transportową jest zasadnicza i wynika z rozkładu nacisków i wynikających z tego naprężeń. W przypadku kulek występują naciski punktowe, w rolkach zaś – naciski liniowe. Charakter współpracy i rozkład naprężeń (rys. 5 i 6) powodują bardzo duże rozbieżności w nośnościach: rolki przenoszą znacznie większe obciążenia, ale jednocześnie umożliwiają przesuw narzędzia tylko w jednym kierunku. Kulki charakteryzują się mniejszymi nośnościami, pozwalają jednak na manipulację narzędziem po całej płaszczyźnie stołu. Nośność listew kulkowych można w pewnych sytuacjach zwiększyć, zagęszczając odstępy między kulkami.

Rozkład nacisków przy styku kulki i rolki z narzędziem; źródło: materiały autora
Rozkład naprężeń zredukowanych w kontakcie płyta-kulka (po lewej) oraz płyta-rolka (po prawej); źródło: materiały autora

W przypadku dużych narzędzi oraz konieczności częstych ich przezbrojeń proces ten może zostać usprawniony przy zastosowaniu układu tandemowego – dwóch konsoli (w tym jednej z napędem) z każdej strony prasy (rys. 7).

Konsole w układzie tandemowym – narzędzie przepychane przez prasę; dwie strony obsługowe skracają czas przezbrojeń; źródło: materiały autora

W takim układzie konsoli obie strony prasy mogą być stronami obsługowymi i na każdej z nich można przygotowywać narzędzie do wymiany. Jest ono układane na jednej konsoli i łączone z narzędziem w prasie. Po sprzęgnięciu narzędzi z konsolą napędową następuje transfer narzędzia przez prasę – jedno wyjeżdża, a drugie jest wprowadzane do maszyny. Pozwala to wcześniej przygotować narzędzia do przezbrojenia, jeszcze w trakcie pracy prasy. Można je dostarczyć z wyprzedzeniem, nie blokując suwnicy lub wózków transportowych, a tym samym usprawnić transport wewnątrzzakładowy.

Mocowanie narzędzi

Ostatnią kwestią w zakresie szybkiego przezbrojenia pras jest mocowanie narzędzi. Dostępne są dziś systemy mechaniczne, hydrauliczne i elektromechaniczne. Każdy z nich charakteryzuje się innymi cechami, możliwymi siłami i poziomem automatyzacji.

W przypadku rozwiązań mechanicznych (rys. 8) realny zakres sił mocujących wynosi do 100 kN przy rowku T28. Zastosowanie zintegrowanych przekładni planetarnych lub wkładów hydraulicznych umożliwia uzyskanie dużych sił docisku przy niewielkich momentach dokręcenia. W rozwiązaniach tych nie ma jednak innej niż optyczna kontroli zamocowania, co uniemożliwia stosowanie ich w systemach automatycznych lub zautomatyzowanych.

Mechaniczna głowica mocująca 100 kN z przekładnią planetarną i optycznym potwierdzeniem zamocowania; źródło: Hilma-Roemheld

W przypadku systemów hydraulicznych (rys. 9) można osiągnąć znacznie większe siły mocowań, dochodzące w rozwiązaniach standardowych do 630 kN. Jako generatory ciśnienia wykorzystuje się zaawansowane zasilacze hydrauliczne. Ze względów bezpieczeństwa w każdym obiegu mocującym powinny być zainstalowane wyłączniki ciśnienia, których zadaniem jest wyłączenie maszyny, gdy ciśnienie spadnie o 15% poniżej wartości zadanej.

Hydrauliczny system mocowania i wymiany narzędzi; widoczne zawory zwrotne i dwa obiegi na krzyż zabezpieczające narzędzie górne; źródło: materiały autora

Dla zwiększenia bezpieczeństwa elementy służące do zamocowania narzędzia na suwaku zasilane są dwoma oddzielnymi obiegami i mogą być dodatkowo zabezpieczone zaworami zwrotnymi. To dodatkowo umożliwia kontrolę położenia elementu mocującego (np. poprzez czujniki zbliżeniowe) i pozwala na zastosowanie tych rozwiązań w systemach automatycznych i zautomatyzowanych.

Osobną grupę mocowań stanowią systemy elektromechaniczne. Przeznaczone są do rozwiązań w pełni automatycznych lub takich, w których wymagana jest ciągła kontrola i monitorowanie procesu zamocowania – zgodnie z koncepcją Przemysłu 4.0 – lub też nie można w nich zastosować systemów hydraulicznych. Duże siły mocowania, pełna kontrola procesu mocowania, brak medium roboczego, które może zanieczyścić proces technologiczny, ułatwiona instalacja (doprowadza się tylko przewody elektryczne) sprawiają, że ta grupa elementów mocujących (rys. 10) znajduje coraz szersze zastosowanie.

Elektromechaniczny docisk klinowy; źródło: Hilma-Roemheld

Ostatnia grupą systemów mocowań stosowanych w prasach tłoczących są systemy magnetyczne. Płaska, metalowa powierzchnia mocowania płyty magnetycznej pozwala zaoszczędzić na kosztownej standaryzacji wielkości narzędzi i wysokości brzegów mocowania. Siła mocowania przyłożona do całej powierzchni narzędzia zapewnia mu odporność na wyginanie. Obie połowy formy są dzięki temu prowadzone idealnie równolegle wobec siebie. Niewątpliwą zaletą dla użytkownika jest redukcja kosztów przygotowania i konserwacji narzędzi. Taki system wymiany z pewnością zapewnia komfort i bezpieczeństwo pracy. 

Technika mocujących płyt magnetycznych opiera się na zasadzie magnesów permanentnych, działających także w przypadku braku zasilania elektrycznego. Dostarczenie energii elektrycznej konieczne jest wyłącznie w pierwszych sekundach – do namagnesowania systemu. W czasie pracy urządzenia siła magnetyczna utrzymuje się niezależnie od źródła zasilania, a napięcie elektryczne wymagane jest tylko w celu kontroli i monitorowania procesu zamocowania.

Siła magnetyczna tworzy się w bardzo płaskim, silnie skoncentrowanym polu magnetycznym, które wnika tylko na kilkanaście milimetrów w powierzchnię narzędzia – nie występuje zatem problem magnesowania detali. Osiągane siły magnetyczne wynoszą 2–18 kg/cm² – zależą one od powierzchni narzędzia i wzrastają adekwatnie do jego wielkości. Sam system nie posiada ruchomych elementów i w zasadzie nie wymaga konserwacji poza czynnościami dotyczącymi utrzymania czystości powierzchni. Można go stosować w niemal wszystkich prasach i integrować z nowymi urządzeniami.

Magnetyczny system mocujący w prasie tuszującej; źródło: Roemheld-Rivi

Aby proces przezbrojenia prasy faktycznie został skrócony, do zadania tego należy podejść kompleksowo: zaczynając od rozwiązań z zakresu transportu narzędzi wewnątrz hali, poprzez systemy wprowadzania narzędzi, na systemach mocujących kończąc. Dzięki istniejącym na rynku rozwiązaniom można ten proces zoptymalizować i docelowo osiągnąć wzrost produktywności przy zmniejszeniu czasów przestoju. Szybkie przezbrojenie maszyny pozwala również na spełnienie oczekiwań klientów w zakresie krótszych terminów dostaw i zapewnienie dostaw celowanych. Rozwiązania SMED odgrywają obecnie istotną rolę w organizacji pracy tłoczni, a ich wprowadzenie jest kluczowe do zachowania pełnej wydajności i konkurencyjności na rynku.

Artykuł ten ukazał się w czasopiśmie

Udostępnij:

Drukuj





Maciej Boldys

dr inż. Maciej Boldys pracuje w firmie INMET-BTH



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również