Stroj za progresivno izdelavo odtisov: Če izberete napačno velikost, boste za to plačevali vse življenje

Kaj dejansko počne stiskalnik za postopno kleščenje  

Ko slišite " napredna orodja za kovinsko žigosanje ," zelo je privlačno predstavljati eno samo napravo, ki udari kovino in ji daje obliko. Resničnost je bolj niansirana. To ni le stiskalnik. Gre za integriran sistem: stiskalnik za kleščenje, natančno izdelan postopen klešč, napredujoča naprava za podajanje trakov in nadzorni paket, ki skupaj delujejo v popolnem usklajevanju, da ravnino kovinskega traku pretvorijo v končne dele s hitrostjo serijske proizvodnje.
提到“ 连续模冲压机 ”，人们很容易想象一台机器将金属猛烈地敲打成型。但实际情况远比这复杂。它不仅仅是一台冲压机，而是一个集成系统：冲压机、精密设计的连续模、卷料送料线和控制系统，所有部件协同工作，以生产速度将扁平金属带材加工成成品零件。

Opredelitev stiskalnika za postopno kleščenje  

Kaj je napredni orodje za stiskanje in kako se nanaša na stiskalno preso, v katero je nameščeno? Napredni orodje za stiskanje je specializirano večstanično orodje, nameščeno v stiskalni presi. V orodje se vnese trak iz kovinske tuljave, ki se pri vsakem udaru presa premika skozi zaporedje stanic. Vsaka stanica izvede določeno operacijo, bodisi izrezovanje, izvrtavanje, upogibanje, oblikovanje ali kovanje. Ko trak doseže zadnjo stanico, je končan del ločen od nosilnega traku in izpadel pripravljen za uporabo.  

Stiskalna presa z naprednim orodjem za stiskanje je integriran proizvodni sistem, ki združuje natančno stiskalno preso, večstanično napredno orodje za stiskanje, servo-pogonjeno podajalno napravo za tuljave in sinhronizirane nadzorne sisteme za pretvorbo ravnega kovinskega traku v končne dele v eni neprekinjeni operaciji.  

Za razliko od splošnega kovinskega oblikovalnega stroja, ki lahko izvaja enostavne udarce ali uporablja sestavljena orodja, za napredno oblikovanje z naprednimi orodji potrebuje stroj tri lastnosti, ki ga ločijo od drugih: natančno ponovljivost gibanja drsnika udarec za udarcem, dosledno nadzorovano višino zapiranja, da vsaka postaja pravilno zajame trak na pravi globini, ter natančno sinhronizacijo napredovanja, da se trak pred vsakim udarcem premakne za točno določeno razdaljo (pitch). Če izključimo katero koli od teh treh lastnosti, se natančnost izgubi, orodja se poškodujejo ali pa izdelki ne ustrezajo zahtevam.  

Kako delujejo stroj, orodje in napredujoči mehanizem skupaj

Predstavljajte si, da opazujete delovanje sistema. Tako deluje kovinski oblikovalni stroj v napredni konfiguraciji:

• Zvitka se razvija iz razvijalnika, nato gre skozi izravnalnik za odstranitev ukrivljenosti zvita in vstopi v servopogonski valjasti napredujoči mehanizem.
• Napredujoči mehanizem premakne trak za določeno razdaljo, imenovano razdalja napredovanja (feed pitch), natančno usklajeno z ciklom udarcev stroja.
• Vodilni vtiči v orodju se zasukajo v že predvrtane luknje na traku, s čimer popravijo morebitne majhne napake pri napajanju in zaklenijo položaj traku pred tem, ko se začnejo delovne postaje.
• Zbiralnik stiska spusti navzdol in vsaka postaja hkrati izvede svojo operacijo na različnih odsekih traku.
• Zbiralnik se umakne, dvigalniki dvignejo trak izven spodnjih orodnih elementov in napajalnik napreduje z enim dodatnim korakom za naslednji udarec.

Vsak del je odvisen od ostalih. Stiskalnica zagotavlja silo in profil gibanja. Orodje določa, kaj se zgodi z materialom na vsaki postaji. Sistem za napajanje nadzoruje natančnost napredovanja. Nadzorni sistem pa vse poveže skupaj – spremlja obremenitev, preverja položaj napajanja in takoj ustavi stiskalnico, če senzor zazna nepravilno napajanje ali ukrivitev traku. Napredni proces izdelave z orodji uspe, ker ti elementi delujejo kot enota, ne kot ločene naprave, ki so naknadno pritrjene skupaj.

Ta sistemski pogled je pomemben, ker izbiranje ali določanje katerekoli posamezne komponente izolirano vodi do neujemanj. Orodje, zasnovano brez razumevanja karakteristik odklona stiskalnice, se bo neenakomerno obrabljalo. Sistemi za oskrbo traku, izbrani brez upoštevanja širine traku in togosti materiala, bodo povzročili položajne napake. Vrsta okvirja stiskalnice, gonilni mehanizem in nazivna zmogljivost izhajajo neposredno iz zahtev, ki jih postavljajo orodje in material – to je točno tisto, kjer se izbira stiskalnice začne postajati zanimiva.

Primerjava vrst okvirjev stiskalnic in gonilnih mehanizmov

Okvir, ki drži vaše napredno orodje določa, koliko odklona boste morali premagovati, kako hitro lahko delujete in kako dolgo bo vaše orodje trajalo. Če izberete napačno vrsto okvirja ali gonilnega sistema, boste ves čas življenjske dobe tega orodja borili z natančnostnimi težavami. Na področju naprednih stiskalnic za izdelavo profilov prevladujeta dve vrsti okvirjev, medtem ko trije gonilni mehanizmi tekmujejo za opravljanje dela znotraj njih.

C-okvir nasproti stiskalnicam s pravokotnim okvirom

Stiskalnica s C-okvirjem (ali okvirjem z odprtim prostorom) omogoča odprt dostop na tri strani območja orodja, kar jo naredi kompaktno in cenovno ugodno za lažja napredna delovna mesta. Te stiskalnice se običajno uporabljajo v razponu od 35 do 250 ton in obratujejo z manjšimi naprednimi orodji z manj postajami. Kaj pa je cena? Ta odprt "C-oblikovni" okvir se pod obremenitvijo kotno deformira , kar pomeni, da se drsnik lahko nekoliko nakloni ob povečevanju sile. Pri preprostih naprednih orodjih za izvrtavanje in izrezovanje je to sprejemljivo. Pri oblikovanju z ozkimi tolerancami na širokem orodju pa postane težava.

Stiskalnice s pravokotnimi stebri odpravijo to kotno deformacijo z navpičnimi stebri, ki podpirajo gornjo ploščo na obeh straneh. Geometrija zaklene pot drsnika in ga ohrani vzporedno z nosilno ploščo, ne glede na to, kje se obremenitev koncentrira. Za napredna orodja, kjer je zahtevana dosledna kakovost izdelkov na 10, 20 ali celo več kot 30 postajah, je ta togost nespremenljiva.

Strukturna razlika je najbolj očitna pri tem, kako vsak okvir obvladuje obremenitev izven središča. Napredne kalupne presječe redko enakomerno porazdelijo silo. Stacionarne oblikovne postaje delujejo močneje kot stacionarne probijalne postaje in so pogosto skoncentrirane proti zadnjemu delu kalupa. Okvir z ravnimi stranicami z velikim razmikom med priključnimi točkami prenaša večino obremenitve med priključnimi točkami, kar zmanjšuje konzolne sile, ki poskušajo nagniti drsnik.

Merila	C-oblikovni okvir (okvir z odprtim zgornjim delom)	Okvir z ravnimi stranicami
Obseg tonaž	35–250 ton tipično	150–3000+ ton
Obnašanje pri deformaciji	Kotna deformacija pod obremenitvijo; odprt okvir se upogiba	Minimalna deformacija; navpični stebri preprečujejo nagibanje
Velikost posteljice	Manjši; omejuje dolžino kalupa	Na voljo so večje dimenzije podnožja in podloge
Uporaba naprednih orodij	Majhni deli, manj postaj, materiali z nižjo debelino	Večpostajni kalupi, tesni dopustni odmiki, močno oblikovanje
Hitrostni kapaciteta	Do 600+ SPM za hitre variante	Do 300+ SPM standardno; hitre variante imajo višjo zmogljivost
Točke obešanja	Eno-točkovno	dvo- ali štiritočkovno
Odpornost proti izvensrediščnim obremenitvam	Omejeno	Odlična, zlasti pri štiritočkovnih konstrukcijah

Ko za napredno udarno strojno opremo zahteva dolžina postelje več kot 1,5 metra od leve do desne strani, proizvajalci običajno preidejo na dvo-točkovno povezavo. Ko se kalup raztegne tudi čez 2 metra od spredaj do zadaj, postane štiritočkovni stiskalnik praktična izbira. Te štiri točke obešanja obremenitev bolj enakomerno porazdelijo in zmanjšajo torzijske sile, ki jih večpostajni napredni kalupi povzročajo v celotnem delovnem obsegu.

Mehanski, servopogonski in hidravlični pogonski sistemi

Pogonski mehanizem določa, kako se drsnik premika skozi svoj hod, pri čemer ima ta profil gibanja neposredne posledice za to, kar vaš napredni orodje lahko doseže pri visoki hitrosti.

Konvencionalni mehanski pogoni uporabljajo električni motor, ki vrti letno kolesnico, ki prenaša energijo prek sklopke na krivajni vtič ali ekscentrični zobni sistem. Drsnik sledi fiksnemu sinusnemu gibanju: pospešuje skozi sredino hoda in zavira blizu spodnjega mrtvega centra. To je preizkušena in zanesljiva tehnologija za napredno obdelavo. Stroj za izdelavo orodij z neposrednim mehanskim pogonom ponuja najvišje hitrosti in najmanjše izgube energije, medtem ko so zobni variante primerne za globlje oblikovalne operacije zaradi večjega navora. Mehanski stiskalniki za visoko hitrost lahko dosežejo več kot 1.000 udarov na minuto pri napredni obdelavi z majhnim razmikom.

Posebna različica, ki si jo velja omeniti, je stiskalnica z gibanjem prek vzvodnega mehanizma, ki uporablja preklopni vzvod za spreminjanje krivulje hitrosti drsnika. Namesto simetričnega gibanja standardnega ročiča stiskalnica z gibanjem prek vzvodnega mehanizma zagotavlja počasnejšo hitrost približevanja v bližini spodnje mrtve točke, hkrati pa ohranja hitro hitrost vračanja. To omogoča več časa za oblikovanje (dolgotrajno stanje) brez izgube skupnega ciklusnega časa, kar jo naredi priljubljeno za napredne orodja, ki združujejo izvrtavanje z zmerno operacijo vlečenja.

Hidravlični pogoni zagotavljajo polno tonožnost v kateri koli točki potiska, ne le v bližini spodnje točke. Za napredna orodja, ki vključujejo postaje globokega vlečenja in zahtevajo silo že na začetku ter nenehno skozi dolgo delovno okno, hidravlične stiskalnice zapolnijo posebno nišo. Omejitev? Hitrost cikla. Hidravlični sistemi so znatno počasnejši od mehanskih alternativ, zato se uporabljajo le za napredne aplikacije, kjer globina vlečenja prevladuje nad zahtevami po hitrosti.

Zakaj servopresi spremenijo, kar lahko napredna orodja dosežejo

Servomehanični stiskalniki predstavljajo najpomembnejšo razvojno stopnjo tehnologije naprednih stiskalnikov z naprednimi orodji v zadnjih desetletjih. Namesto sestava letve – sklopilke – zavora uporabljajo visokomomentne servomotorje, ki neposredno poganjajo krivajsko gred. Rezultat: popolnoma programabilno gibanje drsnika pri vsakem taktu.

Kaj to pomeni v praksi? Predstavljajte si napredno orodje z občutljivimi izvrtinami in agresivnimi oblikovalnimi postajami. Na konvencionalnem mehanskem stiskalniku vsaka postaja doživlja enako krivuljo hitrosti. Servostiskalnik omogoča programiranje drsnika tako, da se med približevanjem giblje hitro, počasneje skozi oblikovalno cono za boljši tok materiala in zmanjšano povratno elastično deformacijo ter nato znova pospeši pri povratnem gibu. Izdelkovna izda se lahko podvoji pri delovanju naprednih orodij z polovičnimi gibalnimi profili, ki odpravljajo nepotrebno pot drsnika.

Servotehnologija omogoča tudi gibalne profile, ki so bili prej preprosto nemogoči:

• Polovično gibanje zmanjša dolžino taka za plitka napredna orodja in dramatično poveča število takov na minuto (SPM).
• Prosta gibanja (kovanje) material udari večkrat v spodnji mrtvi točki znotraj enega samega cikla, kar zmanjša ali odpravi povratno deformacijo brez dodajanja novih postaj orodja.
• Vibracijsko gibanje omogoča globoko vlečenje znotraj naprednih orodij in s tem potencialno zmanjša število potrebnih oblikovalnih postaj.

Dinamično uravnoteženje postane ključnega pomena pri visokih hitrostih ne glede na vrsto pogona. Ko se hitrosti udarcev povečujejo, se gibajoča masa drsnika začne vibrirati, kar lahko vpliva na natančnost podajanja materiala in pospeši obrabo. Stroji za visokohitrostno napredno kovano izdelavo vključujejo sisteme za nasprotovanje teži, bodisi mehanske bodisi pnevmatske, ki izravnajo te vztrajnostne sile in omogočajo ohranjanje natančnosti pri višjih hitrostih udarcev na minuto (SPM).

Izbira med tipom okvirja in pogonskim sistemom se ne izvaja izolirano. Izhaja neposredno iz zahtev orodja: števila postaj, zapletenosti oblikovanja, natančnosti, ki jo zahteva končni del, ter proizvodnih količin, ki opravičujejo naložbo. Te zahteve orodja pa spet izhajajo iz materiala, ki ga obdelujemo, in sil, ki jih mora vsaka postaja generirati.

Osnove načrtovanja naprednega orodja za vlečenje, ki določajo zahteve za stiskalnike

Vsaka odločitev, sprejeta pri načrtovanju naprednega orodja za vlečenje, se neposredno prenese v specifikacije stiskalnika. Več postaj pomeni daljšo posteljo. Zapletene postaje za oblikovanje pomenijo večjo zmogljivost (tonažo). Natančnejši vodilni elementi pomenijo natančnejši sistem za napajanje. Orodje ne obstaja neodvisno od stiskalnika, na katerem se uporablja. Določa, kaj mora stiskalnik zagotoviti.

Razpored postaj, zaporedje in vrstni red operacij

Ko inženirji načrtujejo napredno žigosalno orodje, zaporedje operacij sledi logiki, ki temelji na obnašanju materiala. Splošno najprej izvedemo vrtanje in rezanje (piercing in notching), dokler je trak še raven in stabilen. Oblikovanje in upogibanje prihajata kasneje, po tem, ko je okoliški material že odrezan, da se omogoči tok kovine. Na zadnjem delovnem mestu se končni del loči od nosilnega traku.

Spodaj je tipično zaporedje delovnih mest za predstavno napredno žigosalno orodje:

1. Vrtanje vodilnih lukenj in notranjih značilnosti (vrtanje, rezanje)
2. Izdelava razbremenitvenih rež in kontur za sprostitev materiala za kasnejše oblikovanje
3. Izvedba operacij upogibanja, vlečenja ali reliefnega oblikovanja (embossing)
4. Dodajanje koininga ali oblikovanja za dosego dimenzionalne natančnosti
5. Odrez ali ločitev končnega dela od nosilnega traku

To ni naključno. Prebijanje pred oblikovanjem prepreči deformacijo lukenj. Talan Products opozarja, da je v nekaterih primerih prebijanje potrebno opraviti po oblikovanju, kadar so tolerance določenih značilnosti tako stroge, da je prebijanje po oblikovanju edina možnost za ohranitev natančnega položaja. Med zapletenimi operacijami se lahko pojavijo tudi prazne postaje, da bi zagotovile strukturno trdnost vstavkov orodja ali omogočile prostor za posebne mehanizme.

Zakaj je število postaj pomembno pri izbiri stiskalnika? Vsaka postaja poveča dolžino orodja. Za napravo za progresivno orodje z 12 postajami je potrebna podstavek in postelja, ki omogočata dovolj prostora za to površino z rezervnim prostorom. Vsaka aktivna postaja prispeva tudi k skupni obremenitvi v tonah. Več postaj, ki hkrati udarijo v spodnji mrtvi center, pomeni, da mora stiskalnik vzdržati vsoto vseh teh največjih sil brez prekoračitve dovoljenih odklonov.

Postavitev traku in načrt nosilnega traku

Postavitev traku je temelj načrtovanja naprednih šablon za udarjanje. Določa usmeritev dela na materialu, razdaljo med postajami (pitch), izkoriščenost materiala in konfiguracijo nosilca, ki vse skupaj drži skupaj med podajanjem.

Dve ključni dimenziji določata trak: širino in razdaljo med postajami (pitch). Širina traku zajema prazno površino dela, nosilni material na eni ali obeh straneh ter morebitne odpadne mostove med sosednjimi deli. Razdalja med postajami (pitch) je razdalja, za katero se trak napreduje pri vsakem udaru, in neposredno določa dolžino podajanja, ki jo mora z vsakim ciklom zagotoviti vaš servopogonski napredujoči valj.

Oblika nosilnega traku se razlikuje glede na geometrijo dela in zahteve oblikovanja:

• Robni nosilci (enorebni ali dvorebni) tečejo vzdolž ene ali obeh strani traku. Dvorebni nosilec ponuja izjemno stabilnost in natančnost položaja, zlasti pri tankih materialih pod 0,2 mm. Enorebni nosilci so primerni za dele, ki jih je treba upogniti na enem koncu.
• Sredinski nosilci teče skozi sredino traku in povezuje dele na obeh straneh. Ti nosilci delujejo dobro pri simetrično upogibanih delih in zmanjšujejo odpadke v primerjavi z robnimi nosilci.
• Nosilci z raztegljivim trakom vključujejo fleksibilne zatičke, ki omogočajo posameznim delom, da se premikajo navpično skozi postopke oblikovanja in izvleka, ne da bi motili sosednje napredke.

Atrdna nosilka uporaben je za osnovno rezanje in upogibanje, pri katerem trak ostane skozi celoten proces ravno. Vendar pa, ko progresivni kalupi vključujejo globoko oblikovanje ali izvlek na več postajah, mora nosilec biti fleksibilen brez pretrganja ali premikanja sosednjih delov iz njihovega položaja. Slabo oblikovan nosilec lahko povzroči popolno odpoved orodja, zato inženirji pogosto potrjujejo načrte z simulacijskim programskim opremo ali ročnimi tehniki rezanja voska, preden se odločijo za uporabo orodne jeklene legire.

Uporaba materiala predstavlja stalni pritisk pri načrtovanju trakove postavitve. Nagnjeni deli, vstavljanje izrezkov ali izbira ožjih nosilcev lahko povečajo izkoriščenost od 65 % do 75 % ali več. Vendar je treba vsak dobljen odstotek tehtati glede na stabilnost traku med napajanjem in izvedljivost nastalega naprednega orodja.

Namestitev vodilnih lukenj za točno pozicioniranje

Vodilne luknje zagotavljajo, da napredna orodja proizvajajo natančne dele tudi po milijonih ciklih. Brez njih se manjše napake pri napajanju kopičijo od postaje do postaje, kar povzroči položajno odmikanje in uniči navorne tolerance.

Standardni pristop: vodilne luknje se izdelajo z izvrtavanjem na prvi postaji, nato pa se vodilni sorniki vključijo že na drugi postaji. Ti sorniki vstopijo v že prej izdelane luknje tik pred tem, ko delovni izvrtalniki stopijo v stik s trakom, s čimer popravijo morebitne ostankove napak pri pozicioniranju iz sistema za napajanje. Pri daljših naprednih orodjih so vodilne luknje običajno nameščene na vsaki drugi ali tretji postaji, da se prepreči kopičenje napak na celotni dolžini traku.

Postavitev vodilne luknje dviga praktično vprašanje. Ali naj uporabite lastne luknje dela kot vodilne reference ali pa izdelate posebne vodilne luknje na nosilcu? Uporaba lastnih lukenj dela prihrani material, vendar ogroža podaljšanje značilnosti, ki zahtevajo tesne tolerance. Posebne vodilne luknje na odpadnem delu nosilca ohranjajo celovitost dela, vendar za ceno nekoliko širšega traku.

Natančnost vključitve vodilke je neposredno povezana z zahtevami sistema za napajanje. Ožji dopustni razmiki med vodilko in luknjo zahtevajo, da sistem za napajanje trak na vsakem udarcu dostavi v ožjem položajnem okvirju. Če vaši progresivni orodji zahtevajo položajno natančnost manj kot ±0,05 mm na 15 ali več postajah, morata biti sistem za napajanje in strategija vodilke načrtovana kot usklajen par, ne pa ločeno določena.

Širina traku, razdalja med koraki, število postaj in tip nosilca vplivajo na specifikacije stiskalnika. Širši trak zahteva širši vhod za podajanje. Daljša razdalja med koraki pri visoki hitrosti zahteva hitrejše pospeševanje podajanja. Večje število postaj zahteva daljšo dolžino postelje. Sile, ki se ustvarijo na vseh teh postajah hkrati in delujejo na trak, določajo, ali pod orodjem potrebujemo stiskalnik z nosilnostjo 200 ton ali 400 ton. Izračuni teh sil zahtevajo posebno natančno analizo.

Vpliv lastnosti materiala na zmogljivost stiskalnika in orodja

Širina traku, razdalja med koraki in število postaj določata, kako velik mora biti stiskalnik. Vendar material, ki teče skozi to orodje, določa, kako močno stiskalnik mora udariti, kako hitro lahko izvaja cikle in koliko oblikovalnih postaj potrebujete, da bo delo končano pravilno. Če izberete stiskalnik izključno na podlagi geometrije orodja, boste podcenili potrebno nosilnost, pospešili obrabo orodja ali izdelali dele, ki se takoj po izhodu iz orodja izkrivijo iz predpisanih toleranc.

Vpliv trdnosti v natezni preskus in debeline na potrebno nosilnost

Vsaka napredna operacija izdelave delov iz kovin s pomočjo naprednih šablon se začne z osnovnim razmerjem: sila, potrebna za rezanje, oblikovanje ali vlečenje kovine, je sorazmerna debelini materiala in njegovi odpornosti proti deformaciji. Pri izrezovanju in izvrtavanju je formula preprosta: obseg pomnožen z debelino in strižno trdnostjo. Pri vlečenju in oblikovanju končna natezna trdnost nadomesti strižno trdnost ker je material pod nateznim, ne pa strižnim napetostim.

Razmislite, kaj to pomeni v praksi. Trak iz nizkoogljenčne jeklene plošče debeline 1,0 mm s strižno trdnostjo okoli 25 ton na kvadratni palec zahteva znatno manj sile za izvrtavanje kot trak iz nerjavnega jekla debeline 1,0 mm s strižno trdnostjo več kot 40 ton na kvadratni palec. Če oba traka spustimo skozi isto napredno šablono z 12 postajami, zahteva verzija iz nerjavnega jekla približno za 60 % večja tlak na stiskalnici za enako geometrijo. Ta razlika se kumulira na vsaki aktivni postaji, ki hkrati udari v najnižji mrtvi točki.

Debelina poveča učinek. Podvajanje debeline materiala z 0,5 mm na 1,0 mm ne podvoji le zahtevano silo. Prav tako podvoji površino strižnega prereza pri operacijah rezanja in poveča upogibni moment pri operacijah oblikovanja. Visoko trdni jekleni materiali v razponu od 1,5 do 3,0 mm lahko povečajo zahteve po tonah v območje, kjer lahko obremenitev brez zaklepanja v spodnji mrtvi točki (BDC) obvladajo le preseki z ravnimi stranicami z ustrezno energijsko rezervo.

Zato morajo materiali za napredno udarjanje biti določeni že zgodaj v procesu oblikovanja. Izbira materiala vpliva na izračune potrebnih ton, ki vplivajo na izbiro preseka, kar določa kapitalno naložbo za celotno proizvodno celico.

Trditev zaradi obdelave skozi več oblikovalnih postaj

Tu postane napredno žigosanje zahtevnejše v primerjavi z oblikovanjem na eni postanki. Ko se kovina plastično deformira, postane trša in manj duktilna. To je delovno utrjevanje, ki se pojavi na vsaki oblikovalni postanki v naprednem orodju. Trak, ki vstopi na postanko 8, ni več isti material kot tisti, ki je vstopil na postanko 1. Preboden je bil, upognjen in delno izvlečen; vsaka deformacija je povečala njegovo mejo tekočosti, hkrati pa zmanjšala njegovo preostalo oblikovalnost.

Zakaj je to pomembno za konstrukcijo stiskalnice in orodja? Vsaka naslednja oblikovalna postanka sreča trši material, za katerega je potrebna večja sila za oblikovanje. Inženirji morajo pri izračunu tonožnosti po posameznih postankah upoštevati to kumulativno utrjevanje. Če ga podcenijo, se material na končnih oblikovalnih postankah bodisi razpoka bodisi zahteva večjo silo, kot jo stiskalnica lahko zagotovi v tem delu vzgona.

Različne zlitine se zelo različno odzovejo na ponavljajoče se deformacije:

• Nizkoogličurna ocel zmerno trdi pri obdelavi in ohrani razumno raztegljivost pri večkratnem oblikovanju, kar ga naredi primernega za napredne postopke izdelave iz ogljikove jeklene ploščice.
• Nerjavno jeklo (zlasti avstenitne različice, kot sta 304 in 316) zelo hitro trdi pri obdelavi. Njegova meja plastičnosti se lahko skoraj podvoji po pomembni hladni obdelavi, hkrati pa se poveča tudi možnost zlepljanja, kar zahteva posebne premaze ali strategije mazanja med obdelavo.
• Med enako in bronz trdijo z zmernimi hitrostmi, vendar imajo na začetku relativno nizko natezno trdnost, zato ostanejo obdelovalna še skozi več postaj, preden dosežejo svoje meje.
• Jekla visoke trdnosti (HSLA, dvo-fazna) imajo na začetku omejeno raztegljivost in hitro trdijo, kar pomeni, da morajo inženirji deformacijo pazljivo porazdeliti prek več postaj z manjšo obremenitvijo pri vsakem udarcu.

Za zahtevne zlitine napredne orodja včasih vključujejo medsebojne funkcije za razbremenitev napetosti ali uporabljajo stopnjevanega ponovnega oblikovanja z minimalno deformacijo na vsakem koraku, da se skupna deformacija ohrani znotraj varnih mej. Alternativa je razpoke, kar pomeni odpadke, prostoj in popravke orodij.

Obnašanje pri povratni elastični deformaciji in kompenzacija postajk

Vsaka ukrivljena ali oblikovana značilnost se želi povrniti k svoji izvirni ravni obliki, ko se stiskalnik stiska nazaj. Stopnja povratne elastične deformacije se zelo razlikuje med materiali in neposredno določa, kako morajo biti oblikovane postajke za oblikovanje.

Nizkoogljična jekla se povrne zmerno, morda za 1 do 3 stopinj pri tipičnem ukrivljanju. To lahko kompenziramo z rahlim prekomernim ukrivljanjem, nato pa se del povrne v predpisane tolerance. Aluminijaste zlitine se povrnejo bolj, običajno za 3 do 5 stopinj, ker imajo nižji elastični modul glede na mejo tekočosti. Visoko trdna jekla so najbolj problematična, saj lahko koti povratne elastične deformacije dosežejo 5 do 10 stopinj ali več, odvisno od polmera ukrivljanja in razreda materiala.

Pri naprednem kalupu se kompenzacija povratnega ukrivljanja izvaja na ravni orodja. Inženirji oblikujejo oblikovne udarne delove in kalupne votline z izračunanimi koti prekomernega ukrivljanja, da se del po sprostitvi povrne v ciljno geometrijo. Pristopi, ki temeljijo na simulaciji, kot so opisani v najboljših praksah za povratno ukrivljanje iz FormingWorlda , uporabljajo napovedno modeliranje za določitev natančne potrebne kompenzacije še pred tem, ko bi bilo katero koli orodno jeklo izrezano. Napačna izvedba pomeni, da se deli odmikajo od dovoljenih toleranc, popravek pa pogosto zahteva ponovno izdelavo vstavkov kalupa.

Napredno žigosanje aluminija predstavlja posebno izzivno nalogo, ki gre dlje od samega povratnega ukrivljanja. Nagnjenost aluminija k zlepljanju pomeni, da morajo biti površine kalupa izdelane z ogledalsko gladkimi končnimi obdelavami, mazanje mora biti natančno nadzorovano, hitrosti stiskalnic pa se pogosto zmanjšajo, da se prepreči poškodovanje površine. Kombinacija visokega povratnega ukrivljanja, nizkih meja oblikljivosti in občutljivosti na zlepljanje pomeni, da napredni kalupi za aluminij običajno zahtevajo več postaj, da dosežejo isto geometrijo, ki jo jekleni kalup lahko doseže z manjšim številom udarov.

Materialna družina	Tipičen obseg debeline	Zahteva glede relativne tonnage	Ocena oblikovanja	Razmisljanja o pritisku na tipko in orodju za oblikovanje
Nizkoogljikov jekleni material (1008, 1010)	0,3 – 3,0 mm	Osnovna raven (1×)	Visoka	Umerjen povratni učinek; standardni razmiki orodij za oblikovanje; najbolj prijazen za večstacionno oblikovanje
Nerjavnega jekla (304, 316L)	0,2 – 2,5 mm	1,5× – 1,8×	Umerezeno	Močno trditev z delovanjem; za izogibanje zalepljanju so potrebna prevlečena orodja; višja tonnaja na postajo
Aluminijaste zlitine (5052, 6061)	0,3 – 3,0 mm	0,5× – 0,7×	Nizka do zmerna	Visoka vrnitev; tveganje za razdražitev; zmanjšana hitrost; potrebne polirane površine matrice
Baker in medenina (C110, C260)	0,1-2,0 mm	0,6x - 0,8x	Visoka	Nizka trdnost pri vztrajanju; nagnjen k razpadu; zahteva ostrena orodja in specializirana mazila
Visoko trdno jeklo (HSLA, DP600)	0,5 - 3,0 mm	2,0x - 3,0x	Nizka	Izjemna tonaža, hitro obrabo orodja, omejeno oblikovanje na postajo, potreben robustni okvir za stiskanje

Tabela jasno kaže, da izbira materiala ni samo odločitev o oblikovanju. Odločitev o velikosti tiskalnika, življenjska doba orodja in hitrost proizvodnje. Progresiven tiskalni tiskalnik, ki je za ogljikov jekleno komforno ocenjen, je lahko nevarno manjši za enako geometrijo dela v nerjavečem ali visoko trdnem jeklu. In aluminijasta različica istega dela, čeprav zahteva manj sile, morda potrebuje več postaj in počasnejše hitrosti ciklov, da bi se izognili površinskim okvaram in ohranili dimenzije.

Te lastnosti materiala neposredno vplivajo na izračun skupne tonožnosti stiskalnika. Zahtevana sila za vsako postajo ni odvisna le od geometrije, temveč tudi od tega, kako se določena zlitina obnaša pri rezanju, upogibanju in oblikovanju v določeni točki njenega procesa trdnenja med prehajanjem skozi orodje.

Izračun tonožnosti in izbor ustrezne velikosti stiskalnika za napredna orodja

Lastnosti materiala vam povedo, kako močno vsaka postaja udari. Vendar poznavanje posameznih sil ni dovolj. Potrebno je njihovo vsoto, upoštevati vse hkratne procese, ki potekajo po celotnem orodju, in nato skupno silo primerjati z ustreznimi specifikacijami stiskalnika. Če ta izračun zgrešite celo za 15 do 20 odstotkov, boste ali zazamkali stiskalnik v spodnji mrtvi točki ali pa ga predčasno obrabili že leta prej, kot je predvideno. Prav tu se napredno kovinsko žigosanje s progresivnimi orodji spremeni iz inženirskega koncepta v odločitev o kapitalski naložbi.

Metoda izračuna sile postaja za postajo

Postopek se začne pri razporeditvi traku. Vsaka postaja, ki izvaja obdelavo materiala, ustvari merljivo silo, zato je treba vsako izmed njih izračunati posebej, preden jih združite. Spodaj je prikazan način izračuna za vsako vrsto operacije:

Izrezovanje in prebijanje: To sta strižni operaciji. Formula je preprosta:

Potrebna tonажa = Obseg (in.) × Debelina materiala (in.) × Strižna trdnost (ton/in²)

Predstavljajte si, da v jeklu za mehke uporabe debeline 0,060 in. prebijate luknjo s premerom 0,5 in. s strižno trdnostjo 25 ton/in². Obseg znaša 1,57 in., zato je sila za prebijanje enaka 1,57 × 0,060 × 25 = 2,36 ton za en sam udarec. Če ima postaja šest lukenj, ustrezno pomnožite rezultat. Pri naprednem kalupu za žigosanje z desetimi postajami za prebijanje, kjer vsaka nosi podobno obremenitev, se skupna obremenitev hitro poveča.

Upogibanje in oblikovanje: Izračuni sil za upogibanje temeljijo na dolžini upogiba, debelini materiala, širini odprtine orodja in natezni trdnosti materiala. Za V-upogibanje, brisanje in zračno upogibanje veljajo različne formule, vendar se vse sklicujejo na kvadrat debeline in trdnost materiala. Za bolj zapletene geometrije, kot so izdelava reliefa ali rebrov, so potrebni empirični podatki ali ocene na podlagi simulacij.

Skica: Pri vlečnih postajah se namesto strižne trdnosti v izračun vključi končna natezna trdnost, saj so stene ovojnice pod nateznim napetjem. Formula postane: obseg × debelina × končna natezna trdnost. Razmerje zmanjšanja pri vlečenju in tlak držalnika ploščic prispeva k skupni sili. Plitka vlečna operacija z zmanjšanjem 30 % se obnaša drugače kot globoka vlečna operacija z zmanjšanjem 45 %, tako glede velikosti sile kot tudi glede mesta, kjer ta sila deluje vzdolž potiska.

Poleg glavnih oblikovalnih operacij je treba upoštevati sile, ki jih je enostavno prezreti:

• Tlak vzmetnega odstranjevalnika (silа, ki drži trak ravno ob površini orodja)
• Sile vlečnih nastavkov za trak
• Sile tlaka dušika na podložkah v oblikovalnih postajah
• Stranske akcije z ročičem
• Obremenitve rezalnika odpadkov na postajah za odrezovanje nosilca
• Podložke za držanje ploščic v izvlečnih postajah

Kot opomni strokovnjak za žigosanje Dennis Cattell, je treba zabeležiti obremenitev za vsako posamezno postajo, vključno z odpadki v skeletni obliki, nosilcem traku, probijanjem vodilnih lukenj in končnim odrezovanjem odpadkov traku. Če izpustite katero od teh, bo vaša skupna ocena nižja od dejanskega stanja. Pri zapletenih žigosalnih orodjih z 15 ali več naprednimi koraki pomaga barvno kodirana razvrstitev traku zagotoviti, da se nič ne izmuzne.

Seštevanje hkratnih najvišjih obremenitev

Tu je ključna točka, ki pogosto zmede manj izkušene inženirje: najvišja obremenitev v vsaki postaji ne nastopi nujno v istem trenutku tiska presovnega stropa. Postaje za probijanje dosežejo najvišjo obremenitev zgodaj v procesu reza, v trenutku, ko se izvrtine prebijejo skozi material. Oblikovalne postaje dosežejo najvišjo obremenitev v različnih točkah, odvisno od geometrije. Izvlečne postaje postopoma povečujejo obremenitev in lahko dosežejo najvišjo obremenitev že pred dnom mrtve točke.

Konzervativen in varnejši pristop predvideva seštevanje največjih sil iz vseh postaj, kot da bi se pojavile hkrati. V praksi pa lahko z razporeditvijo dolžin udarcev s strižnimi udarnimi deli razpršimo obremenitev na nekaj stopinj vrtenja krivuljne gredi, s čimer zmanjšamo trenutni vrh. Vendar za določanje velikosti stiskalnice izračunate najslabši primer: vsa postaja je hkrati obremenjena z največjo možno silo.

Ko imate ta vsoto, ji prištejte varnostni faktor. Splošna inženirska praksa običajno prišteje 20 do 30 odstotkov nad izračunano skupno vrednostjo. Ta varnostni faktor upošteva več dejavnikov iz prakse:

• Zaostrovanje orodja, ki s časom povečuje režne sile (tupi udarni deli zahtevajo več sile kot ostri)
• Razlikovanje lastnosti materiala od tuljave do tuljave
• Učinki temperature na trdnost materiala med visokohitrostnim obratovanjem
• Neupoštevane sekundarne sile, ki nastanejo pri ravnanju in vodenju traku

Klešča za izdelavo odtisov, zasnovana za izračunano največjo obremenitev 85 ton, mora delovati na stiskalnici z najmanjšo nazivno zmogljivostjo 105 do 110 ton. Cilj je delovanje pri približno 60 do 75 odstotkih nazivne zmogljivosti stiskalnice med običajno proizvodnjo. Nenehno delovanje nad 80-odstotno zmogljivostjo pospešuje obrabo ležajev, utrujanje okvirja in poslabšanje gibov ter zmanjšuje prostor za variacije v procesu.

Usklajevanje specifikacij stiskalnice z zahtevami orodja

Zmogljivost (v tonah) je ključna številka, vendar je daleč od edine specifikacije, ki določa, ali je stiskalnica primerna za vašo kleščo. Spodaj je navedeno, kar pogosto preseneti uporabnike: stiskalnica lahko ima ustrezno nazivno zmogljivost, vendar je kljub temu neprimerna za določeno nalogo zaradi položaja hoda, omejitev energije ali neskladja dimenzij.

Nazivna zmogljivost v primerjavi s položajem hoda. Mehanska stiskalnica zagotavlja svojo nazivno zmogljivost na določeni razdalji nad spodnjim mrtvim centrom (BDC) neprežične stiskalnice z nosilnostjo pod 45 ton so običajno izdelane za odmik 1/32 palca od najnižje mrtve točke (BDC). Večje prežične stiskalnice zagotavljajo polno nosilnost pri odmiku 1/16 do 3/16 palca od BDC. Če vaša operacija izdelave odlitkov zahteva največjo silo v točki, ki leži višje v potisku kot je navedena nosilnost stiskalnice, morda nimate tiste nosilnosti, ki si jo predstavljate. Operacije vlečenja, ki zahtevajo stalno silo na daljšem delovnem odseku, so še posebej občutljive na to neusklajenost.

Energija nasproti nosilnosti. To razlikovanje pogosto zmede celo izkušene ekipe. Lahko imate stiskalnico z zadostno nosilnostjo, a nezadostno energijo, kar je pogosta vzročila zaklepanja stiskalnice v BDC. Energija se shranjuje v letvi in se sprosti med delovnim delom potiska. Če je zahtevana delovna energija večja od energije, ki je na voljo v letvi pri dani hitrosti, motor ne more med posameznimi potiski obnoviti dovolj energije in stiskalnica zastoji. Izračun zahtevane energije (sila pomnožena z delovno razdaljo na vsaki postanki) je bistven drugi korak po izračunu nosilnosti.

Poleg nosilnosti in energije morajo inženirji oceniti celotno nabor dimenzij in zmogljivosti, da potrdijo skladnost med stiskalnikom in orodjem:

• Zapirna višina: Razdalja od površine podstavka do površine drsnika v spodnji mrtvi točki (BDC), z nastavitvijo v najvišjem položaju. Morajo biti ustrezno prilagojeni skupni višini orodne sklope (spodnje orodje + zgornje orodje + morebitne podložke).
• Obseg nastavitve drsnika: Omogoča natančno nastavitev zaprte višine za dosego želenih dimenzij izdelka. Na srednje velikih stiskalnikih je običajno 3 do 6 palcev. Nezadosten obseg nastavitve omejuje fleksibilnost namestitve orodja.
• Dolžina koraka: Mora presegati največjo globino izdelka ter dodatni prostor za dvigovanje in napajanje traku. Izdelek z globino vlečenja 25 mm morda zahteva potisk 75+ mm, da se zagotovi prostor za dvigalnike in omogoči napredovanje traku.
• Dimenzije postelje in podstavka: Morajo omogočati namestitev orodja z ustrezno rezervo za pričke, odvodnike odpadkov in vodilke za napajanje. Standardna praksa zahteva, da orodje zasede največ dve tretjini površine postelje, da se zagotovi ustrezno porazdelitev deformacije.
• Vzorec lukenj na podstavku: Lokacije T-žlebov ali vrezanih vijakov morajo ustrezati zahtevam za pritrditev orodja.
• Udari na minuto (SPM): Mora izpolnjevati cilje proizvodnje na podlagi letnega povpraševanja in razpoloživega časa za izvajanje. Orodje, ki proizvede 1000 delov na uro pri 60 SPM, morda potrebuje stiskalnico z zmogljivostjo 100+ SPM, da se omogoči čas za dovajanje materiala in zagotovi rezervno zmogljivost za izpadanje.
• Okno za dovajanje (razpoložljivi stopinji): Del vrtenja krivke, med katerim se trak lahko premakne naprej. Daljši dolžini dovajanja pri višjih hitrostih zahtevajo širše okno za dovajanje, kar neposredno omejuje dosegljive SPM.
• Vzporednost in ponovljivost drsnika: Za napredna orodja za žigosanje, ki zahtevajo natančnost pod ±0,05 mm, mora stiskalnica ohranjati vzporednost znotraj mikrometrov pod obremenitvijo, tokrat po tokrat.

Ena točka, ki jo velja poudariti: izbirati je vedno bolje presov za večjo zmogljivost kot za manjšo. Presa z premajhno zmogljivostjo, ki deluje blizu svoje meje, povzroča verižno reakcijo težav. Ležaji se hitreje obrabljajo. Odklon okvirja se poveča, kar spreminja razmike med orodji in pospešuje obrabo vrtalcev. Omejitve energije povzročajo omejitve hitrosti, ki ubijajo produktivnost. Življenjska doba orodij pada, saj celoten sistem deluje pod napetostmi, za katere ni bil zasnovan.

Nasprotno, presa, ki deluje pri 60-odstotni zmogljivosti, se manj odklanja, ustvarja manj toplote, ohranja natančnejšo vzporednost drsnika in vam zagotavlja rezervno zmogljivost za spremembe materiala ali prihodnje spremembe orodij, ki dodajajo postaje. Razlika v kapitalskih stroških med preso z zmogljivostjo 150 ton in 200 ton je skromna v primerjavi s kumulativnimi stroški predčasnega brušenja orodij, nepredvidenih prekinitev delovanja in skrajšane življenjske dobe presa, ki nastanejo zaradi delovanja na robu zmogljivosti.

Kaj iz tega izhaja? Izračunajte konzervativno, dodajte varnostni pas v izobilju in preverite tako tonажo kot tudi zahteve po energiji glede na krivuljo nazivne moči stiskalnice pri dejanski delovni višini, ki jo zahteva vaša orodja. Ti izračuni določajo spodnjo mejo vaše naložbe, vendar še ne upoštevajo, kako hitro lahko sistem dejansko obratujete. Hitrost proizvodnje uvede lastne omejitve, ki se medsebojno vplivajo z vsemi zgoraj navedenimi dejavniki.

Razmerje med hitrostjo udarca in zapletenostjo dela

Stiskalnico ste pravilno dimenzionirali glede na tonażo in potrebe po energiji. Orodje se prilega podstavku. Material je določen. Vse je v redu na papirju. Vendar pa se tu postavlja ključno vprašanje, ki določa stroške na enoto izdelka v celotnem življenjskem ciklu orodja: kako hitro ga lahko dejansko obratujete? Postopno udarjanje z orodjem je končno odvisno od najpočasnejšega člena v ciklu, ta pa se spreminja glede na geometrijo izdelka, obnašanje traku in inteligentnost nastavitve vašega profila gibanja.

Kaj določa najvišjo hitrost udarca

Število udarov na minuto ni ena sama številka, ki jo najdete na tehničnem listu in jo nato uporabljate brez omejitev. Gre za rezultat več med seboj tekmujočih fizičnih omejitev, pri čemer najstrožja določa zgornjo mejo za celotno proizvodno linijo. Spodaj so navedene omejitve, ki določajo dosegljivo hitrost pri visokohitrostnem naprednem izdelovanju z žigosalnimi orodji:

• Dolžina napredka na en udarec. Trak mora napredovati za celotno razdaljo koraka, nato zavreti in se ustaliti v pravi legi, preden se drsnik doseže obdelovalno cono. Daljši korak pomeni večjo linearno pot na en cikel, kar zahteva ali hitrejše pospeševanje napredka ali manj udarov na minuto. Za pretvorbo hitrosti opreme za napredek v udarec na minuto (SPM) delite linearno zmogljivost opreme (v palcih na sekundo) z razdaljo koraka.
• Višina dviga izdelka. Po vsakem udarcu dvigalniki dvignejo trak izven spodnjih podrobnosti orodja, da se lahko prostovoljno napreduje. Globlji oblikovani deli ali višji elementi orodja zahtevajo višji dvig, kar porabi več stopinj vrtenja krivke za izpraznitev traku in ponovno namestitev. Zmanjšanje višine dviga z razporeditvijo oblikovanja na več postaj je ena najučinkovitejših metod za povečanje hitrostne zmogljivosti.
• Trdnost nosilnega traku. Pri visokih hitrostih trak izkuša pomembne navorne obremenitve med pospeševanjem in zaviranjem. Šibek nosilec se lahko upogne, raztegne ali sesede, kar povzroči napačno oskrbo z materialom. Deli z omejeno površino povezave med zaporednimi koraki morda potrebujejo ponovno oblikovanje nosilca, da bi podprli dinamične sile visokohitrostne oskrbe z materialom.
• Občutljivost hitrosti deformacije materiala. Nekateri litini se ob oblikovanju z visoko hitrostjo obnašajo drugače. Učinki hitrosti deformacije lahko povečajo sile oblikovanja ali spremenijo obnašanje pri lomu, kar omejuje najvišjo hitrost, s katero lahko delujejo postaje za oblikovanje brez razpoke materiala.
• Čas odziva senzorja znotraj orodja. Zaznavalniki napak pri vnašanju, senzorji za zaznavanje izhoda delov in nadzorniki obremenitve potrebujejo čas za branje in posredovanje signala krmilniku stiskalnika. Če je odzivni čas senzorja daljši od razpoložljivega časovnega okna med udarci, morate bodisi zmanjšati hitrost, bodisi sprejeti tveganje neprekinjenega obratovanja brez zaščite.

Razmerje je jasno: preprostejši deli z majhnim napredkom, površinskimi oblikami in trdnimi nosilci lahko tečejo pri zelo visokih SPM (udarcih na minuto). Zapletene geometrije z globokimi oblikami, dolgimi vnosnimi dolžinami in občutljivimi nosilci zmanjšajo hitrost. Mali električni priključek lahko teče pri 800 do 1.200 SPM na visokohitrostnem mehanskem stiskalniku, medtem ko se avtomobilski nosilec z več ukrivitvami in korakom 75 mm na istem okvirju z nominalno obremenitvijo največ poganja s 60 do 80 SPM.

Profili hitrosti servostiskalnika za zapletene dele

Konvencionalni mehanski stiskalniki ponujajo eno krivuljo gibanja: sinusoidno pot, ki jo določa geometrija zavorne ročice. Vsak del hoda se premika s hitrostjo, ki jo določa kot zavorne ročice, in ni mogoče zmanjšati hitrosti med oblikovanjem brez zmanjšanja celotnega cikla. Servo stiskalniki popolnoma razrešijo to omejitev.

Z programabilnim gibanjem drsnika lahko dela približevanja in vračanja izvedete z največjo možno hitrostjo, medtem ko zavirate v oblikovalnem območju, kjer materialu potreben čas za pretok. To pomeni, da progresivni udarni proces, ki na mehanskem stiskalniku doseže največ 40 SPM (ker oblikovalna postajanja potrebujejo čas za zadrževanje), na servo stiskalniku doseže 60 ali 70 SPM. Hitrost oblikovanja ostane znotraj mej materiala, medtem ko se neobdelovani deli hoda izvajajo najhitreje, kar omogoča pogonski sistem.

Servo tehnologija ponuja posebne načine gibanja, ki omogočajo povečanje hitrosti v različnih primerih:

• Način nihala uporablja delni zavrt, namesto polnega zavrta za 360 stopinj, kar odpravi izgubljeno pot breguna pri plitkih progresivnih operacijah. Kot raziskave profilov gibanja kažejo , krajši je nihalo, višja je proizvodna hitrost, vendar to tudi zoži okno za podajanje materiala, kar zahteva hitrejšo opremo za podajanje.
• Spremenljiva hitrost med vzmetenjem omogoča, da se drsnik premika z 10 % največje hitrosti skozi kritično oblikovalno postajo, medtem ko se povratno gibanje izvaja s polno hitrostjo, kar zagotavlja kakovost izdelka brez podaljšanja celotnega cikla.
• Večkratni udarni profili zagotavljajo dva ali tri nadzorovana udarca v spodnjem mrtvem središču znotraj enega samega cikla stiskanja, kar zmanjša povratno deformacijo brez dodatnih postaj orodja ali upočasnitve proizvodne linije.

Eno praktično pravilo pri optimizaciji servopres: ciljajte na dejansko proizvodno hitrost, ki znaša 90 % ali več programirane največje hitrosti. Če delujete znatno pod tem pragom, je potrebno znova oblikovati sam profil gibanja namesto, da bi preprosto zmanjšali hitrost presa. Prilagoditev kota dovajanja, zmanjšanje višine dvigalnika in zmanjšanje časovnega okna oblikovanja so vse možnosti, ki jih je treba izkoristiti, preden sprejmemo počasnejšo hitrost. Dolgotrajni programi naprednega žigosanja opravičujejo časovno naložbo v optimizacijo profila, saj celo 10-odstotno povečanje števila ciklov na minuto (SPM) v milijonih ciklov povzroči pomembne varčevalne učinke.

Optimizacija menjave orodij z načeli SMED

Hitrost med proizvodnjo pove samo polovico zgodbe. Za delavnice, ki skozi isti pres izdelujejo več številk delov, čas menjave orodij neposredno zmanjšuje skupno učinkovitost opreme. Pres, ki proizvede 500 delov na minuto, nima nobene vrednosti, če med menjavo orodij stoji neaktivno štiri ure.

Tukaj SMED (zamenjava orodij v eni minuti) načela spremenijo ekonomiko naprednih orodij za žigosanje. Kljub imenu SMED cilja čase menjave, ki so krajši od desetih minut, namesto natančno ene minute. Metodologija loči opravila pri nastavitvi na zunanje dejavnosti (izvedene, medtem ko stiskalnik še vedno izvaja prejšnjo nalogo) in notranje dejavnosti (izvedljive le, ko je stiskalnik ustavljen), nato pa sistematično pretvori notranja opravila v zunanja.

Za napredno žigosanje z orodji vključuje praktična izvedba SMED naslednje ukrepe:

• Standardizirane višine zaprtja med različnimi orodnimi kompletami, tako da se nastavitev stiskalnika ne spreminja med posameznimi nalogami
• Sistemi hitre menjave podstavkov z valjnimi ali hidravličnimi vozili za orodja, ki že predhodno postavijo naslednje orodje zunaj stiskalnika in ga v manj kot minuti premaknejo v delovni položaj
• Enotni sistemi pritrditve z hidravličnimi ali pnevmatskimi sponkami in standardiziranimi lokacijami žlebov, kar odpravi ročno pritrditev z vijaki
• Predhodno priprava tuljave in sistema za dovajanje materiala tako da je nov material že prevlečen in pripravljen, preden se stiskalnik ustavi
• Vizualno upravljanje in organizacija delovnega mesta zagotavljanje, da ima vsako orodje, vsak nastavkovi list in vsak priključek določeno lokacijo, do katere je mogoče dostopati brez iskanja

Učinek na proizvodnjo je merljiv. Delavnica, ki preide s 2-urnih zamenjav orodij na zamenjave v 10 minutah, pridobi približno 110 minut produktivnega časa za izdelavo na vsako zamenjavo orodja. Pri treh zamenjavah na izmeno to predstavlja več kot pet dodatnih ur izdelave delov na dan. Pri programih z visoko proizvodnjo se s tem neposredno zniža strošek na enoto, saj stiskalnica večino razpoloživega časa porabi za izdelavo delov namesto čakanja na pripravo.

SMED omogoča tudi manjše serije brez kazni. Tradicionalne delavnice z dolgimi časi zamenjave orodij se pogosto izogibajo pogostim zamenjavam orodij, kar vodi do prekomerne proizvodnje in presežkov zalog. Hitra zamenjava orodij omogoča, da se izvaja točno toliko, kolikor je potrebno, in sicer takrat, ko je potrebno, kar usklajuje proizvodnjo z naprednimi orodji z načelom tokovne proizvodnje po načelu „samo toliko, kolikor je potrebno“ (lean manufacturing).

Optimizacija hitrosti, bodisi z uporabo profilov gibanja ali zmanjševanjem časa za prehod med operacijami, na koncu temelji na tem, kako dobro stiskalnica komunicira z vsemi napravami okoli nje. Sistemi za dovajanje materiala morajo na ukaze za spremembo hitrosti odzvati z natančnostjo pod eno milisekundo. Senzorji morajo zaznati morebitne težave znotraj razpoložljivega časovnega okna za reakcijo. Celotna proizvodna celica pa mora delovati brez stalnega človeškega vmešavanja, da se izplača investicija v višje hitrosti ciklov.

Vključitev avtomatizacije in sodobni sistemi za dovajanje materiala

Napredna stiskalnica za izdelavo delov iz trakov, ki deluje s 400 udarci na minuto, pusti med dvema udarcema približno 150 milisekund. V tem časovnem oknu se trak mora premakniti naprej, zastaviti v pravo lego in vsi senzorji morajo potrditi, da je sistem pripravljen za naslednji udarec. Človek tega ne more spremljati. Stiskalnica mora sama razmišljati – kar doseže z večplastno arhitekturo avtomatizacije, ki samostojno strojno enoto pretvori v proizvodno celico, sposobno delovanja brez osebja (lights-out).

Servo sistemi za dovajanje materiala in natančnost dovajanja

Sistemi za napajanje pri kleščenju so verjetno najpomembnejša periferna oprema na liniji. Njihova naloga se zdi preprosta: napredovati trak točno za programsko določeno razdaljo, pri vsakem posameznem udarcu, ne glede na spremembe hitrosti ali obnašanje materiala. V praksi pa doseči takšno ponovljivost pri proizvodnih hitrostih zahteva natančno inženirstvo.

Za progresivne orodne aplikacije se uporabljajo trije sistemi za napajanje:

• Servopogonski valjasti sistemi za napajanje uporabljajo servomotorjem poganjane valje, ki prijamejo trak in ga napredujejo za programsko določeno razdaljo. Ponujajo najvišjo natančnost (običajno ±0,025 mm ali boljšo), najhitrejše pospeševanje in najširši obseg nastavitev. Večina sodobnih progresivnih orodnih linij jih uporablja.
• Zračni sistemi za napajanje uporabljajo pnevmatske cilindre za napredovanje sestava s sponkami. So preprosti, poceni in primerni za krajše razdalje napajanja pri zmernih hitrostih. Natančnost je nižja kot pri servosistemih.
• Sistemi za napajanje s sponkami (mehanski) uporabljajo mehanizme, ki jih premika kamna, za določene razdalje napredovanja. Hitri in zanesljivi za namenske visokohitrostne aplikacije, vendar neprožni pri menjavi, kadar zahtevajo različne dolžine napredovanja.

Natančnost napredovanja ni odvisna le od samega mehanizma. Ključno vlogo igra čas sprostitve napredovanja. To, kje v tekaju stiskalnika se valja za napredovanje zapreta, določa, ali se med orodjem in napredujočim mehanizmom ujame dodatni material. Če se valja zapreta v spodnji mrtvi točki, medtem ko dvigalci traku še vedno dvigujejo trak, se med tem dvigom skozi orodje potegne dodaten material, kar povzroči prekomerno napredovanje. Posledice? Preveč dolga napredovanja, poškodbe vodilnih lukenj in odpadki. Pravilen čas zapiranja upošteva razdaljo med napredujočim mehanizmom in orodjem, višino poti dvigalcev ter hitrost stiskalnika, da se tej pasti izogne.

Tlač na valj je enako pomemben. Prešibek tlak povzroča zdrs in kratke napreduje, še posebej pri debelih materialih, ki za pospeševanje zahtevajo večjo silo. Prevelik tlak upogiba napredujoči valj, kar povzroča valovitost roba pri širokih tuljavah ali krivljenje pri ozkih trakovih. Sodobni servo-napredujoči regulatorji se samodejno prilagajajo, ko senzorski podatki kažejo odmikanje traku ali spremembo debeline, pri čemer v realnem času prilagajajo dolžino napredka brez poseganja operaterja.

Zaznavanje znotraj orodja in zaščita orodja

Delovanje avtomatskega udarnega stiskalnika brez zaščite orodja je kot vožnja na avtocesti brez zavor. Na koncu se nekaj pokvari in brez senzorjev, ki bi ustavili stiskalnik v manj kot enem delu udarca, lahko ena napačna napredujoča vstava uniči tisoče dolarjev v oblikovalnih iglah, vstavkah orodja in komponentah stiskalnika.

Kompleten sistem zaščite orodja hkrati spremlja več načinov odpovedi:

• Zaznavanje napačne napredujoče vstave: Senzorji preverijo, ali je trak napredoval v pravo lego pred izstrelitvijo stiskalnika. Zaznavno okno mora upoštevati dejansko ponovljivost vašega podajalnika. Kot strokovnjaki za zaščito orodij opozarjajo , če vaš podajalnik ohranja natančnost ±0,005 palca, senzorji pa so nastavljeni na sprožitev pri ±0,003 palca, bodo motnje zaradi nepotrebnih ustavitev ogrožale vaše delovanje.
• Zaznavanje ukrivitve traku: Senzorji za neprekinjeno spremljanje preverjajo, ali ostane trak ravno razpet med podajalnikom in vhodom v orodje. Ukrivljen trak, ki vstopa v orodje, povzroči udarec z dvojno debelino, kar lahko povzroči razpoke v izbijalcih ali deformacijo okvirja stiskalnika.
• Zaznavanje izhoda izdelka: Fotoelektrični ali induktivni senzorji potrdijo, da se je vsak končan izdelek iztisnil iz orodja pred naslednjim udarcem. Izdelek, ki je zataknil v orodju, povzroči dvojni udarec, kar je ena najhitrejših metod za uničenje odseka orodja.
• Spremljanje tonožnosti: Obtežne celice v priključkih stiska sledijo silovnim krivuljam tokratno. Nenaden skok kaže na izvlečenje ostanka, zlomljeno bodečo ploščo ali napačno oskrbo z materialom. Postopna naraščajoča tendenca kaže na obrabo orodja, ki zahteva pozornost, preden pride do odpovedi.
• Zaznavanje konca zaloge: Senzorji zaznajo, ko se tuljava kmalu izprazni, in ustavijo stiskalnik, preden rep traku doseže aktivne postaje.

Sodobni krmilniki na podlagi rezolverjev so dovolj natančni, da spremljajo senzorske signale z natančnostjo ene tretjine stopinje vrtenja kolenske gredi. To je pomembno, ker trajajo nekatere aktivacije, kot je na primer del, ki ga izstreli zrak in leti mimo fotoelektričnega senzorja, manj kot 10 milisekund, ne glede na hitrost stiskalnika. Najboljša praksa povezuje senzorje, nameščene na orodju, prek ene samotne razdelilne omarice in glavnega kabla namesto posameznih žic, kar odpravi napake pri priklopu med namestitvijo ter preprečuje odpovedi kabla zaradi utrujenosti materiala ob ponovnem navijanju in razvijanju.

Odstranjevanje odpadkov in neopazovano delovanje

Vsaka operacija prebijanja in odrezovanja ustvarja odpadke: izdelke iz lukenj, ostanki od izrezovanja in nosilne trakove iz končne ločitve. Če se kateri od teh materialov ne odstrani iz orodja zanesljivo, se nabirajo, motijo naslednji udarec in povzročajo trke. Upravljanje z izdelki (slugs) loči orodje, ki deluje brez nadzora, od orodja, pri katerem mora operator stalno biti pripravljen z zrakom pod tlakom.

Strategije odstranjevanja odpadkov vključujejo:

• Padec pod vplivom gravitacije: Izdelki padajo skozi odprtine orodja v žlebove pod podstavkom. Deluje zanesljivo, kadar geometrija lukenj in prostor med orodjem omogočata čisto ločitev.
• Pozitivni zračni izmet: Zračni sunki, sproženi v določenem času, izmetujejo delce ali izdelke, ki se ne spustijo prosto. Nujni so za votline, obrnjene navzgor, ali vodoravne poti izmeta.
• Vakuumski sistemi: Izdelke odvlečejo stran od površin izvrtalnikov in preprečujejo »vlečenje izdelkov« (ko se izdelek prilepi na izvrtalnik in se ob naslednjem udarcu znova vrne v orodje). Še posebej pomembni so pri tankih materialih, kjer površinska napetost drži izdelke na površini orodja.
• Mehanski izmetalniki: Ponovno naloženi ali s kamno poganjani klini pozitivno iztiskajo končane dele ali odpadke iz orodja pri vsakem udarcu.

Poleg orodja samega celota za napredno vlečno obdelavo z popolno avtomatizacijo integrira z sistemi na ravni obrata za vidnost proizvodnje. Števci delov sledijo izdaji glede na cilje. Zbiranje podatkov SPC zajame ključne mere v določenih intervalih za nadzor procesa v realnem času. Podatki o tonажu (tonaži) za vsak udarec oskrbujejo algoritme za prediktivno vzdrževanje, ki opozorijo na obrabo orodja, preden začne proizvajati odpadke. Povezava prek protokola OPC-UA ali podobnih omogoča nadzornim ploščam za spremljanje proizvodnje prikaz stanja stiskalnice, metrik OEE in zgodovine alarmov kjerkoli v omrežju obrata.

Spodaj je popoln seznam komponent za sodobno avtomatizirano celoto:

• Servo-pogonjena napajalna naprava za tuljavo z avtomatsko kompenzacijo koraka
• Izravnalnik tuljave z motoriziranimi pinč valji
• Krmilnik za zaščito orodja z časovno nastavitvijo na podlagi rezolverja
• Nadzornik tonaže z analizo podpisa za vsak udarec
• Niz senzorjev za zaznavanje napačnega napajanja, ukrivljanja in izhoda delov
• Samodejna mazalna naprava (valjčna ali pršilna)
• Transporter za odpadke ali vakuumski zbirni sistem
• Transporter za delovne predmete ali sistem razvrščanja v posode
• SPC merilna postaja (v vrsti ali vzorčenje)
• HMI, povezana z omrežjem, z možnostjo oddaljenega nadzora

Ko vsi ti elementi delujejo skupaj, rezultat je celica, ki podpira resnično delovanje brez prisotnosti osebja, kar pomeni, da se lahko celoten navoj obdeluje brez človeškega posega in se ustavi le, ko senzorji zaznajo nepravilnost ali ko se navoj izčrpa. Avtomatizacija ne poveča le zmogljivosti. Hkrati ščiti naložbo v orodja, zagotavlja stalnost kakovosti in ustvarja podatke, potrebne za neprekinjeno optimizacijo procesa.

Takšna raven integracije dvigne naravno vprašanje. Če so vse te funkcionalnosti na voljo, kako se napredno udarno oblikovanje primerja z drugimi metodami, kot so prenosna orodja, sestavljena orodja ali večploskovne strojne naprave? Odgovor je odvisen od geometrije vašega dela, zahtevane količine in zahtevanih natančnosti.

Napredno udarno oblikovanje nasproti prenosnemu udarnemu oblikovanju nasproti sestavljenemu udarnemu oblikovanju

Geometrija dela, letni volumen in specifikacije natančnosti ne določajo le velikosti stiskalne presse. Določajo tudi, ali je napredna orodja sploh pravilna izbira. Inženirji, ki za vsak projekt privzeto izbirajo napredna orodja, izgubijo denar, kadar bi za dano uporabo bolj primerna bila prenosna orodja, sestavljena orodja ali večkratno drsna strojna oprema. Nasprotno pa izbira preprostejše metode za delo, ki resnično zahteva napredne zmogljivosti, povzroča zastoje in težave s kakovostjo, ki se v letih proizvodnje kopičijo.

Spodaj je prikazano, kako se pet glavnih metod kovinskega žigosanja med seboj primerjajo ter kdaj ima vsaka od njih pravico biti nameščena na proizvodnem prostoru.

Napredno žigosanje nasproti žigosanju z prenosnimi orodji

Oba metodi uporabljata več postaj za zaporedno izdelavo lastnosti delov, vendar se temeljno razlikujeta po načinu, kako se del premika med te postaje. Pri naprednem orodju ostane del skozi celoten proces povezan s prevoznim trakom in se z vsakim udarcem stiskalnika napreduje do zadnje postaje, kjer se končno odreže. Pri oblikovanju z prenosnim orodjem se del že zgodaj loči od traku (ali pa se začne kot predrezan blank) in se mehansko prenaša med neodvisnimi postajami orodja z gripi, prsti ali robotskimi rokami.

Ta razlika določa vse ostalo. Napredna orodja se izkazujejo pri majhnih do srednje velikih delih, kjer geometrija omogoča, da ostane del povezan s prevoznim trakom. To so na primer električni priključki, podporne konstrukcije, sponke in priključne ploščice. Trak zagotavlja samodejno pozicioniranje, izogne se ročnemu ravnanju z delom med postajami in omogoča zelo visoke hitrosti, saj ni potrebno, da bi karkoli zajelo in premaknilo prosti del.

Oprema za prenosni stiskalnik postane potrebna, ko so deli preveliki za oskrbo iz trakastega materiala, zahtevajo globoko vlečenje, ki presega nosilno zmogljivost nosilnih trakov, ali pa zahtevajo operacije z več kot enega kota, kar bi bilo nemogoče pri povezavi s trakom. Veliki avtomobilski karoserijski paneli, globoko vlečeni krožniki in strukturni sestavni deli se običajno obdelujejo na prenosnih sistemih. Kaj pa nadomestek? Počasnejši cikli in zapletenejše rokovanje z materialom. Pri prenosnem udarnem žaganju je običajna hitrost 15 do 40 udarov na minuto, medtem ko je pri naprednem žaganju mogoče doseči stotine udarov na minuto.

Z vidika stroškov lahko oprema za prenosni stiskalnik dejansko stane manj na postajo, saj je vsak odlitni kalup neodvisen, ne pa integriran v eno skupno blokasto enoto. Vendar prenosna oprema za stiskalnik zahteva dodatna naložba v sam mehanski prenosni sistem, poleg tega pa so stroški na kos višji pri enakih količinah zaradi počasnejših hitrosti in povečanega rokovanja z materialom.

Alternativne metode: sestavljeno žaganje in natančno izrezovanje

Ne vsak del zahteva zaporedne postaje. Pri oblikovanju z sestavljenim orodjem se več operacij rezanja izvede v enem tisku, kar v enem koraku proizvede končen raven del. Orodje hkrati izreže zunanji profil in izvrti notranje luknje, kar zagotavlja dele z odlično ravnostjo in središčnostjo, saj se vse značilnosti izrežejo v eni sami gibanju glede na drug druge.

Omejitev? Sestavljena orodja obravnavajo le ravne geometrije. Ni upogibanja, ni oblikovanja, ni vlečenja. Idealna so za podložke, ravnih polizdelkov za priključke, preproste tesnilke in vse dele, ki so popolnoma določeni z njihovim rezanim profilom. Za te uporabe oblikovanje z sestavljenim orodjem zagotavlja boljšo ravnost kot napredne metode (ker med operacijami ni napredovanja traku) po nižji ceni orodja. Vendar morajo količine opravičiti namensko orodje, kompleksnost pa hitro doseže svoje meje.

Stroji za štiristranske in večstranske operacije uporabljajo popolnoma drugačen pristop. Namesto navpične tlakovalne sile uporabljajo štiri ali več vodoravnih orodnih drsnikov, ki hkrati upogibajo, oblikujejo in rezajo žico ali ozko trakovo material iz več smeri. Rezultat so zapleteni trodimenzionalni deli, predvsem vzmeti, sponke in majhni nosilci, ki se proizvajajo z visoko hitrostjo in z minimalnimi stroški orodij. Pri progresivnem kleščenju medicinskih naprav se obdelujejo natančni stiki in zakladi za zaščito pred elektromagnetnimi motnjami (EMI) v velikih količinah, vendar večstranski stroji za mikrooblikovanje sponk in komponent na osnovi žice pod 50 mm pogosto proizvedejo isto geometrijo hitreje in ceneje.

Fine blanking zaseda specializirano nišo. Uporablja tlačno napravo s trojnimi delujočimi deli z izjemno majhnimi razmaki med bodečim orodjem in matrico ter V-oblikovno pritiskalno ploščo, ki med rezanjem zaklene material. Rezultat je gladka, brez lomov robna površina skozi celotno debelino materiala , nekaj, kar običajno izrezovanje brez dodatne obdelave ne more doseči. Zobniki, verižni kolesa, sestavni deli varnostnih pasov in deli zavornega sistema pogosto uporabljajo točno izrezovanje, kadar je kakovost roba in natančnost dimenzij pomembnejša od hitrosti cikla.

Izbira ustrezne metode izdelave delov z izrezovanjem

Okvir za odločanje temelji na petih spremenljivkah. Primerjajte svoj del z vsako od njih in prava metoda običajno postane očitna:

• Velikost in geometrija dela: Mala do srednje velika dela z ukrivljenimi in oblikovanimi deli so primerna za napredne orodja. Velika ali globoko vlečena dela se obdelujejo z prenosnimi orodji. Ravne profile brez ukrivljenih delov obdelujemo z sestavljenimi orodji. Za zapletene 3D žične ali ozke trakove z ukrivljenimi deli so najprimernejša večpotezna orodja.
• Količina proizvodnje: Napredno izrezovanje prevladuje pri letnih količinah nad 50 000 kosov, saj amortizacija orodja znižuje strošek na kos. Sestavljena orodja in večpotezna orodja so ekonomična tudi pri manjših količinah. Točno izrezovanje opraviči svoje višje stroške orodja le pri visokih količinah natančnih komponent.
• Tolerance: Pri finem rezanju se doseže natančnost ±0,025 mm pri rezanih značilnostih. Pri naprednih orodjih se natančnost oblikovanih značilnosti giblje med ±0,05 in ±0,10 mm. Sistem za prenašanje delov doseže podobne natančnosti, vendar pri večjih obsegu del.
• Vrsta in debelina materiala: Debeljši materiali (nad 3 mm) in materiali z visoko trdnostjo bolj ugodno uporabljajo sisteme za prenašanje delov zaradi višjih zahtev po silah na vsaki postanki. Tanke materiale (0,1 do 1,0 mm) učinkovito obdelujejo napredni ali večkratni sistem za izvlečenje.
• Proračun in časovni razpored: Orodja za napredno izvlečno obdelavo imajo višje začetne stroške kot sestavljena ali večkratna izvlečna orodja, vendar zagotavljajo najnižjo ceno na kos pri velikih količinah. Investicija v orodja za prenašanje delov je primerljiva z naprednimi orodji, vendar vključuje dodatne stroške presov in avtomatizacije.

Metoda	Vrsta stiska	Idealno območje količin	Obseg velikosti delov	Dosegljive tolerance	Stroški orodja	Strošek na kos pri seriji
Progresivna štampa	Mehanski ali servopogon, C-oblična ali ravnostranska presa	50.000 do milijonov letno	Majhni do srednji (do približno 300 mm)	±0,05 do ±0,10 mm	Visoka	Zelo nizka
Prenosna matrica	Ravnostranska mehanska ali servopresna presa z sistemom za prenašanje delov	10.000 do 500.000 letno	Srednje do velike (do več kot 1.000 mm)	+/-0,05 do +/-0,15 mm	Visoka	Nizka do zmerna
Složeni umr	Mehanski, C-okvirni ali z ravnimi stranicami	5.000–500.000/leto	Majhne do srednje, samo ploščate	+/-0,025 do +/-0,05 mm	Srednja	Nizka
Fourslide / Multislide	Posebna večkratna strojna naprava	10.000–milijoni/leto	Majhne (običajno pod 50 mm)	±0,05 do ±0,10 mm	Nizka do srednja	Zelo nizka
Finiširanje z vlečenjem	Hidravlični ali mehanski fini rezalni stiskalnik s tremi učinki	25 000 – milijonov/leto	Majhne do srednje, ravne ali skoraj ravne	+/– 0,025 mm ali boljše	Zelo visoka	Umerezeno

V praksi se izbira pogosto ujema z vzorci uporabe v industriji. Pri proizvodnji avtomobilskih komponent z naprednim izrezovanjem prevladujejo visokokoličinske podporne konstrukcije, priključki, trakovi za priključke in prenosni sistemi, kjer letna količina doseže milijone enot in je občutljivost stroškov na posamezno enoto izjemno visoka. Te komponente so običajno dovolj majhne, da ostanejo na nosilnem traku, dovolj zapletene, da potrebujejo 8 do več kot 20 postaj, ter jih proizvajajo v količinah, ki omogočajo odplačilo orodij že v nekaj mesecih.

Napredno kleščenje medicinskih naprav služi drugačnemu profilu: natančni kontakti, RF-zasloni, priključne igle in podkomponente za implante, kjer sta dimenzionalna natančnost in površinska obdelava enako pomembni kot količina. Te uporabe zahtevajo tesne vodilke, napredovanje z majhnim razmikom in pogosto čisto-prostorsko združljivo obdelavo, temeljni napredni pristop pa ostaja idealen, ker so deli majhni, geometrijsko zapleteni in jih je potrebno v stalnih visokih količinah.

Metode prenosa zajamejo območje, ki ga napredne klešče ne morejo doseči: veliki strukturni deli za kleščenje, globoko vlečeni ohišja in deli, ki zahtevajo operacije iz več kot enega kota. Sestavljeno kleščenje zapolni vrzel za preprostejše ploske dele, kjer proizvodnja v enem udarcu premaga večstacionarno napredno kleščenje tako po stroških kot po kakovosti.

Prava metoda ni vedno le ena ali druga. Nekatere proizvodne celice združujejo napredne orodja za začetno izrezovanje in oblikovanje z transportnimi sistemi za sekundarne operacije globokega vlečenja. Zgoraj naveden okvir za odločanje vam ponuja začetno točko, vendar se dejanski odgovor izpelje iz primerjave geometrije vaše specifične komponente, napovedi količine in zahtev glede kakovosti z zmogljivostmi in ekonomskimi vidiki vsakega pristopa. Ko je ta izbira narejena, se vprašanje premakne s tega, katera metoda je primerna, na to, kateri dobavitelj lahko zagotovi orodja in proizvodno kapaciteto, ki jih zahteva vaš program.

Nabava naprednih orodij za stiskanje za skalabilno proizvodnjo

Izbira pravilne metodike žigosanja in konfiguracije stiskalnice je le polovica enačbe. Druga polovica? Odločitev, ali naj to sposobnost vzpostavite notranje ali pa sodelujete z napredno podjetjem za žigosanje, ki že razpolaga z ustrezno inženirsko izkušnjo, proizvodno zmogljivostjo in infrastrukturo za zagotavljanje kakovosti, potrebno za izdelavo orodij, ki delujejo že od prvega dneva. Ta odločitev oblikuje vašo stroškovno strukturo, fleksibilnost razporeda časovnih okvirjev ter operativne tveganje še več let.

Kdaj investirati v stiskalnico namesto v sodelovanje z dobaviteljem orodij

Lastništvo stiskalnice za napredno žigosanje orodij ima smisel le pri določenih pogojih: trajni letni obsegi, ki presegajo milijon deležev na več programih, notranja inženirska strokovnost za vzdrževanje orodij in optimizacijo procesov ter razpoložljiv kapital, ki ne obremenjuje gotovinskega toka za druge naložbene iniciative. Če izpolnite vsa tri merila, lastništvo stiskalnice zagotavlja najvišjo možno kontrolo nad razporedom, kakovostjo in stroški na posamezen del.

Večina podjetij izpolnjuje le nekatera od teh treh meril. In ravno tam se matematika začne postati zelo zanimiva.

Kompleksna analiza donosa naložbe (ROI) mora upoštevati več kot le ceno nakupa stiskalnika. Kot Okvir za odločanje o proizvodnji BaySource Global navaja, dejanska cena lastništva vključuje kapitalsko opremo, stroške nepremičnin in vzdrževanja, stroške kapitala (vključno z obrestnimi plačili), stroške upravljanja zalog, osebje za obratovanje in zagotavljanje kakovosti ter tehnološko strokovnost, potrebno za ohranitev konkurenčnosti sistema. Proizvodnja po pogodbi ponuja fleksibilnost pri prilagajanju proizvodnje navzgor ali navzdol glede na nihanja povpraševanja brez nositve teh fiksnih stroškov v obdobjih z nižjim obsegom proizvodnje.

Za ekipe, ki proizvajajo manj kot 500.000 delov letno na omejenem številu referenčnih številk delov, je sodelovanje z naprednim dobaviteljem orodij in kalupov običajno ekonomsko ugodnejše. Izognete se kapitalskim naložbam, odpravite potrebo po specializiranih operaterjih stiskalnic in tehnikih za vzdrževanje kalupov ter pridobite dostop do inženirskih virov, ki bi jih notranje gradili leta.

Ocenjevanje dobaviteljev naprednih kalupov za visokozmernostno proizvodnjo

Izbira proizvajalca naprednih kalupov je ena najpomembnejših odločitev pri izbiri dobaviteljev, ki jo sprejme proizvodna ekipa. Kakovost, natančnost in doslednost vašega partnerja pri izdelavi orodij neposredno vplivajo na kakovost delov, skupne stroške lastništva in dolgoročno konkurenčnost. Podrobni okvir za ocenjevanje od Eigen Engineering identificira osem ključnih meril, ki ločijo sposobne dobavitelje od tistih z večjim tveganjem.

Tukaj je, kar bi morala oceniti vaša nabavna ekipa:

• Inženirski in oblikovalski kapaciteti: Ali lahko dobavitelj razvije prilagojene napredne orodne načrte iz vaše geometrije dela, specifikacij materiala in ciljnih količin? Poiščite notranjo CAD/CAM sposobnost, FEA simulacijo za analizo oblikovanja ter strokovno znanje o optimizaciji trakove postavitve.
• Strokovno znanje materialov: Ali dobavitelj razume, kako se različni litine obnašajo na več stacionarnih mestih obdelave? Kompensacija trdjenja, napoved odskoka in preprečevanje zlepljanja zahtevajo znanje, specifično za posamezen material.
• Kakovostni sistemi in metrologija: Preverite, ali dobavitelj uporablja kontrolo z koordinatnim merilnim strojem (CMM), optično merjenje in dokumentacijo statističnega procesnega nadzora (SPC) za potrditev natančnosti na vsaki stopnji. Certifikati, kot je ISO 9001, predstavljajo osnovno raven, vendar je sposobnost kontrole pomembnejša od certifikata na steni.
• Notranji poskusni in validacijski objekti: Dobavitelj z preskusnimi stiskalniki lahko pred dostavo orodja na vašo proizvodno površino dokaže, da orodje deluje. S tem se izognejo tednom odpravljanja napak na vašem objektu in se potrdi, da so cilji proizvodnje dosegljivi v realnih obratovalnih razmerah.
• Proizvodna zmogljivost in zanesljivost vodilnega časa: Ocenite, ali lahko dobavitelj izpolni vaš razpored brez poslabšanja kakovosti. Pretekla izkušnja s spoštovanjem rokov dobave vam pove več kot obljube v fazi ponudbe.
• Vzdrževanje orodja in po prodajna podpora: Napredna orodja se obrabljajo. Izvrtki postanejo topi, oblikovni vstavki utrujajo in razmiki se povečujejo po milijonih ciklih. Dobavitelj, ki ponuja stalno vzdrževalno podporo, dobavo nadomestnih komponent in pomoč pri odpravljanju težav, zagotavlja vašo neprekinjeno delovno sposobnost.
• Razširljivost in prilagodljivost: Vaše količine se bodo spreminjale. Partner proizvajalca naprednih orodij, ki lahko skalira od preskusnih količin do polne serijske proizvodnje ter prilagodi orodja inženirskim spremembam, vam zagotavlja daljši časovni okvir vrednosti kot partner z nespremenljivimi zmogljivostmi.
• Tehnološka strokovnost: Ocenite kakovost CNC in žično izdelovalnih EDM naprav, digitalnih orodij za simulacijo ter pripravljenost na sprejemanje naprednih proizvodnih metod, ki izboljšajo natančnost orodij in skrajšajo čas izdelave.

Za ekipe, ki iščejo napredna udarna orodja za stiskanje, ki zahtevajo učinkovito oblikovanje na več postajah, tesno ponovljivost in razširljivo masovno proizvodnjo, so dobavitelji kot YICHEN posebej usmerjeni v pomoč inženirjem za proizvodnjo in kupcem pri premostitvi razlike med načrtovanimi zahtevami in orodji, primernejimi za serijsko proizvodnjo. Njihove storitve za izdelavo naprednih udarnih orodij za stiskanje poudarjajo kombinacijo inženirske podpore in razširljivosti proizvodnje, kar zahtevajo programi z visoko proizvodnjo.

Povečevanje proizvodnje od prototipa do serijske izdelave

Pot od prvih vzorcev do polne proizvodnje ni en sam skok. Gre za stopnjevani proces, pri katerem vsaka faza potrjuje naslednjo. Pospeševanje prehoda na orodja za masovno proizvodnjo pred tem, ko je načrt končan, kot to določa MakerStage strategija razširjanja poudarja, je ena najdražjih napak v proizvodnji strojne opreme. Spremembe orodij v fazi proizvodnje stanejo 30 do 50 odstotkov prvotne orodjarne ter povzročijo zamude več tednov.

Za napredne šablonovne izdelke se zaporedje razmerja običajno sledi temu vzorcu:

• Preverjanje prototipa (1–50 delov): Vzorci, izdelani s CNC stroji ali z žičnim elektroerozijskim rezanjem, potrjujejo geometrijo in prileganje delov. Še ni naložbe v orodja. Ta faza odgovarja na vprašanje, ali je konstrukcija pravilna, preden se naloži v orodja.
• Pilotna orodja (50–5.000 delov): Poenostavljena napredna šablona, včasih z manj postajami ali mehkejšo orodno jekleno, proizvaja dele za funkcionalno preskušanje, preverjanje sestave in začetno kvalifikacijo strank. Na tej stopnji so še vedno cenovno ugodne spremembe konstrukcije.
• Proizvodna orodja (več kot 5.000 delov): Popolnoma zakaljene napredne šablone za proizvodnjo, zasnovane za ciljni stiskalnik, material in ciklusno hitrost. V tem trenutku mora biti konstrukcija končana. Tehnične spremembe pomenijo ponovno rezanje vstavkov šablon ali ponovno gradnjo postaj.

Ključni sprožilec za premik med fazami ni le količina. Ključnega pomena je stabilnost načrta. Dobrovločen dobavitelj izdelkov, izdelanih z naprednim orodjem za žigosanje, vam bo ustrezno odgovoril, če poskusite naročiti orodja za serijsko proizvodnjo, preden so dopustni odstopki potrjeni in preden je načrt uspešno prestal funkcionalno preskušanje. Tak odziv varuje vaše naložbe.

Pri ocenjevanju proizvajalcev naprednih orodij za dolgoročne programe posebej vprašajte za njihov delovni proces od prototipa do serijske proizvodnje. Ali lahko izdelajo vzorčne dele iz mehkega orodja, preverijo dimenzije glede na vaš načrt, izvedejo iteracije pri načrtovanju postaj na podlagi rezultatov preskušanja in nato brez ponovnega začetka preidejo na trdna orodja za serijsko proizvodnjo? Ta neprekinjenost odpravi napake pri prevajanju, ki nastanejo, ko izdelava prototipov in serijske proizvodnje temelji na različnih virih orodij in različnih inženirskih tolmačenjih.

Skupna stroškovna vrednost lastništva za program naprednega izdelka sega daleč čez prvotno ponudbo za orodja. Upoštevajte intervali vzdrževanja orodja, pričakovano pogostost brušenja, stroške nadomestnih izbijalcev in vstavkov, ocenjeno življenjsko dobo orodja v skupnem številu udarov ter odzivnost dobavitelja, kadar je potrebna pomoč ob 2. uri zjutraj v torek. Podjetje za napredno kovinsko oblikovanje, ki ponudi 10 % nižjo začetno ceno, vendar vas ne more podpreti, ko se med izdelavo razpoči oblikovni vstavek, vam bo v celotnem življenjskem ciklu programa povzročilo znatno višje stroške kot partner, ki ceni z dolgoročno zanesljivostjo in jo podpira s hitrim in učinkovitim servisom.

Pogosto zastavljena vprašanja o naprednih orodjih za kovinsko oblikovanje

1. Kakšna je razlika med naprednim orodjem in prenosnim orodjem?

Napredni kalup ohrani delovni kos povezan s prevoznim trakom skozi vse postaje in ga napreduje z vsakim udarcem stiskalnika do končnega odrezanja. Prevozni kalup delovni kos že zgodaj loči in ga z mehanskimi kleščami ali robotskimi rokami premika med neodvisnimi postajami. Napredni kalupi delujejo hitreje (na stotine udarcev na minuto) in so primerni za majhne do srednje velike dele, medtem ko prevozni kalupi obravnavajo večje dele, globoke izvleke in operacije pod več kot enim kotom pri počasnejših hitrostih (15–40 udarcev na minuto). Orodja za napredne kalupe imajo višjo začetno ceno, vendar pri visokih količinah zagotavljajo nižjo ceno na kos zaradi prednosti v hitrosti in izključitve ročnega ravnanja z deli.

2. Kako izračunate potrebno tonажo za stiskalnik za izdelavo delov s naprednim kalupom?

Izračunajte silo za vsako postajko posebej: pri izrezovanju in probijanju uporabite obseg, pomnožen z debelino in strižno trdnostjo; pri upogibanju uporabite lastnosti materiala in geometrijo; pri vlečenju pa uporabite največjo natezno trdnost. Nato seštejte vse vrhunske sile, pri čemer predpostavite hkratno aktivacijo na spodnjem mrtvem centru. Dodajte varnostni pas 20–30 %, da upoštevate obrabo orodja, različne lastnosti materiala in učinke temperature. Prav tako preverite, ali stiskalnica ima dovolj energije (kapaciteto letala) in ali se njena tonasta ocena nanaša na dejansko delovno višino, ki jo zahteva vaša orodna sklopka. Najboljša praksa je delovanje pri 60–75 % kapacitete stiskalnice za zagotavljanje dolge življenske dobe.

3. Kateri materiali so najprimernejši za napredno izdelovanje z odlitki?

Nizkoogljenična jekla (1008, 1010) so najbolj prijazni material za napredno žigosanje zaradi zmernega trdnenja pri oblikovanju in napovedljivega povratnega ukrivljanja. Baker in mesing imata visoko oblikovnost pri nižjih zahtevah po silah. Nerjavna jekla se dobro obdelujejo, vendar zahtevajo 1,5–1,8-krat večje sile in orodja z zaščitnim premazom, da se prepreči zvijanje. Aluminij zahteva polirane površine orodij, nadzorovano mazanje in pogosto več postaj za oblikovanje zaradi visokega povratnega ukrivljanja. Jekla z visoko trdnostjo (HSLA, dvo-fazna) zahtevajo največjo silo (2–3-krat več kot osnovna vrednost) in natančno razporeditev postaj, da se izognejo razpokam zaradi omejene raztegljivosti.

4. Zakaj so servopresi za kompleksna napredna žigosalna orodja prednostno uporabljani?

Servo stiskalniki nadomestijo fiksno sestavo zavora-klina-kolesa z programsko nastavljivimi servo motorji, ki omogočajo spremenljivo hitrost drsnika v vsakem udarcu. To pomeni, da lahko zmanjšate hitrost pri oblikovanju za boljši tok materiala in zmanjšano povratno deformacijo, medtem ko se pri približevanju in vračanju gibljete hitro. Praktične prednosti vključujejo podvojitev izdelavnosti z polovičnimi gibanjskimi profili, odpravo povratne deformacije z večudarnimi profili na najnižji točki (BDC) ter omogočanje globokega vlečenja z naprednimi orodji z uporabo vibracijskega gibanja. Servo tehnologija omogoča izdelavo zapletenih delov z višjo učinkovito številko udarcev na minuto (SPM), ne da bi presegli meje oblikovanja materiala, kar neposredno zmanjša strošek na kos.

5. Kako izbrati med C-oblikovnim in ravnostranskim stiskalnikom za žigosanje z naprednimi orodji?

Stiskalniki s C-okvirjem (35–250 ton) so primerni za lažja napredna delovna mesta z manj postajami in tanjšimi materiali. Omogočajo odprt dostop na tri strani in so cenejši, vendar se pod obremenitvijo odklanjajo pod kotom, kar omejuje njihovo natančnost. Stiskalniki z ravnimi stranicami (150–3.000+ ton) odpravljajo kotni odklon z navpičnimi stebri na obeh straneh in ohranjajo vzporednost drsnika ne glede na porazdelitev obremenitve. Za napredne kalupe z več kot 8–10 postajami, ki zahtevajo natančnost pod ±0,05 mm, ali za obdelavo materialov debelih nad 1,5 mm, stiskalniki z ravnimi stranicami z dvotočkovno ali štiritočkovno obešenostjo zagotavljajo togost, potrebno za dosledno kakovost izdelkov na vseh postajah.