Figuur 1. Bij CNC-buigen, beter bekend als paneelbuigen, wordt het metaal op zijn plaats geklemd en vormen de bovenste en onderste buigbladen positieve en negatieve flenzen.
Een typische plaatwerkerij kan een combinatie van buigsystemen hebben. Natuurlijk zijn buigmachines de meest voorkomende, maar sommige winkels investeren ook in andere vormsystemen zoals buigen en paneelvouwen. Al deze systemen vergemakkelijken de vorming van verschillende onderdelen zonder het gebruik van gespecialiseerd gereedschap.
Ook het vormen van plaatmetaal in massaproductie ontwikkelt zich. Dergelijke fabrieken hoeven niet langer te vertrouwen op productspecifieke hulpmiddelen. Ze hebben nu een modulaire lijn voor elke vormbehoefte, waarbij het buigen van panelen wordt gecombineerd met een verscheidenheid aan geautomatiseerde vormen, van hoekvormen tot persen en rolbuigen. Bijna al deze modules gebruiken kleine, productspecifieke hulpmiddelen om hun werkzaamheden uit te voeren.
Moderne automatische buiglijnen voor plaatstaal gebruiken het algemene concept van "buigen". Dit komt omdat ze verschillende soorten buigingen bieden die verder gaan dan wat gewoonlijk paneelbuigen wordt genoemd, ook wel bekend als CNC-buigen.
CNC-buigen (zie figuren 1 en 2) blijft een van de meest voorkomende processen op geautomatiseerde productielijnen, vooral vanwege de flexibiliteit ervan. De panelen worden op hun plaats gebracht met behulp van een robotarm (met karakteristieke ‘poten’ die de panelen vasthouden en verplaatsen) of een speciale transportband. Transportbanden werken doorgaans goed als de vellen eerder met gaten zijn gesneden, waardoor ze voor de robot moeilijk te verplaatsen zijn.
Twee vingers steken vanaf de onderkant uit om het onderdeel te centreren voordat het wordt gebogen. Daarna zit de plaat onder de klem, die het werkstuk laat zakken en op zijn plaats fixeert. Een blad dat van onderaf buigt, beweegt naar boven, waardoor een positieve curve ontstaat, en een blad dat van bovenaf buigt, creëert een negatieve curve.
Beschouw de buigmachine als een grote “C” met boven- en onderbladen aan beide uiteinden. De maximale planklengte wordt bepaald door de nek achter het gebogen blad of de achterkant van de “C”.
Dit proces verhoogt de buigsnelheid. Een typische flens, positief of negatief, kan in een halve seconde worden gevormd. De beweging van het gebogen lemmet is traploos regelbaar, waardoor je vele vormen kunt creëren, van eenvoudig tot ontzettend complex. Hiermee kan het CNC-programma ook de buitenradius van de bocht wijzigen door de exacte positie van de gezette plaat te wijzigen. Hoe dichter de wisselplaat bij het klemgereedschap is, des te kleiner is de buitenradius van het onderdeel, ongeveer tweemaal de dikte van het materiaal.
Deze variabele besturing biedt ook flexibiliteit als het gaat om de buigvolgorde. In sommige gevallen, als de laatste bocht aan één kant negatief is (naar beneden), kan het buigblad worden verwijderd en tilt het transportmechanisme het werkstuk op en transporteert het stroomafwaarts.
Traditioneel paneelbuigen heeft nadelen, vooral als het gaat om esthetisch belangrijk werk. Gebogen messen hebben de neiging zo te bewegen dat de punt van het mes tijdens de buigcyclus niet op één plek blijft. In plaats daarvan heeft het de neiging enigszins te slepen, net zoals de plaat langs de schouderradius wordt gesleept tijdens de buigcyclus van een kantbank (hoewel bij het buigen van panelen weerstand alleen optreedt wanneer het buigblad en het punt-tot-punt-onderdeel contact maken het buitenoppervlak).
Voer een roterende bocht in, vergelijkbaar met vouwen op een aparte machine (zie afb. 3). Tijdens dit proces wordt de buigbalk geroteerd zodat het gereedschap constant in contact blijft met één plek op het buitenoppervlak van het werkstuk. De meeste moderne geautomatiseerde zwenkbuigsystemen kunnen zo worden ontworpen dat de zwenkbalk op en neer kan buigen zoals vereist door de toepassing. Dat wil zeggen, ze kunnen naar boven worden geroteerd om de positieve flens te vormen, opnieuw worden gepositioneerd om rond de nieuwe as te draaien en vervolgens de negatieve flens kunnen buigen (en omgekeerd).
Figuur 2. In plaats van een conventionele robotarm gebruikt deze paneelbuigcel een speciale transportband om het werkstuk te manipuleren.
Bij sommige roterende buigbewerkingen, ook wel dubbele rotatiebuigen genoemd, worden twee balken gebruikt om speciale vormen te creëren, zoals Z-vormen met afwisselende positieve en negatieve buigingen. Systemen met één ligger kunnen deze vormen vouwen door middel van rotatie, maar voor toegang tot alle vouwlijnen is het nodig om de plaat te draaien. Het dubbelligger draaibuigsysteem maakt toegang tot alle buiglijnen in een Z-bocht mogelijk zonder de plaat om te draaien.
Rotatiebuigen heeft zijn beperkingen. Als er zeer complexe geometrieën nodig zijn voor een geautomatiseerde toepassing, is CNC-buigen met traploos instelbare beweging van de buigbladen de beste keuze.
Het rotatieknikprobleem treedt ook op als de laatste knik negatief is. Terwijl de buigbladen bij CNC-buigen naar achteren en zijwaarts kunnen bewegen, kunnen de draaiende buigbalken niet op deze manier bewegen. Voor de laatste negatieve bocht is iemand nodig die er fysiek tegenaan duwt. Hoewel dit mogelijk is in systemen die menselijke tussenkomst vereisen, is dit vaak onpraktisch op volledig geautomatiseerde buiglijnen.
Geautomatiseerde lijnen beperken zich niet tot het buigen en vouwen van panelen – de zogenaamde “horizontale buigopties”, waarbij de plaat plat blijft en de planken omhoog of omlaag worden gevouwen. Andere vormprocessen breiden de mogelijkheden uit. Deze omvatten gespecialiseerde bewerkingen die kantpersen en walsbuigen combineren. Dit proces is uitgevonden voor de vervaardiging van producten zoals rolluikkasten (zie figuren 4 en 5).
Stel je voor dat een werkstuk naar een buigstation wordt getransporteerd. De vingers schuiven het werkstuk zijdelings over de borsteltafel en tussen de bovenste stempel en de onderste matrijs. Net als bij andere geautomatiseerde buigprocessen wordt het werkstuk gecentreerd en weet de controller waar de vouwlijn zich bevindt, zodat er geen achteraanslag achter de matrijs nodig is.
Om een buiging met een kantbank uit te voeren, wordt de stempel in de matrijs neergelaten, wordt de buiging gemaakt en bewegen de vingers de plaat naar de volgende buiglijn, net zoals een operator zou doen voor de kantbank. De bewerking kan ook impactbuigen (ook wel stapbuigen genoemd) langs de straal uitvoeren, net als op een conventionele buigmachine.
Natuurlijk laat het buigen van een lip op een geautomatiseerde productielijn, net als bij een kantbank, een spoor achter van de buiglijn. Voor bochten met grote stralen kan het gebruik van alleen botsingen de cyclustijd verlengen.
Dit is waar de rolbuigfunctie in het spel komt. Wanneer de stempel en de matrijs zich in bepaalde posities bevinden, verandert het gereedschap effectief in een pijpenbuiger met drie rollen. De punt van de bovenste pons is de bovenste “rol” en de lipjes van de onderste V-matrijs zijn de twee onderste rollen. De vingers van de machine duwen de plaat, waardoor een straal ontstaat. Na het buigen en rollen beweegt de bovenste pons omhoog en uit de weg, waardoor er ruimte overblijft voor de vingers om het vormdeel naar voren te duwen buiten het werkbereik.
Bochten op geautomatiseerde systemen kunnen snel grote, brede bochten creëren. Maar voor sommige toepassingen is er een snellere manier. Dit wordt flexibele variabele straal genoemd. Dit is een eigen proces dat oorspronkelijk is ontwikkeld voor aluminiumcomponenten in de verlichtingsindustrie (zie figuur 6).
Om een idee te krijgen van het proces, bedenk wat er met de tape gebeurt als je deze tussen het schaarblad en je duim schuift. Hij draait. Hetzelfde basisidee is van toepassing op bochten met variabele radius; het is slechts een lichte, zachte aanraking van het gereedschap en de radius wordt op een zeer gecontroleerde manier gevormd.
Figuur 3. Bij het buigen of vouwen met rotatie wordt de buigbalk geroteerd zodat het gereedschap in contact blijft met één plaats op het buitenoppervlak van de plaat.
Stel je een dunne plano voor die op zijn plaats is bevestigd, terwijl het te vormen materiaal er volledig onder wordt ondersteund. Het buiggereedschap wordt neergelaten, tegen het materiaal gedrukt en naar de grijper geleid die het werkstuk vasthoudt. De beweging van het gereedschap zorgt voor spanning en zorgt ervoor dat het metaal erachter met een bepaalde straal "draait". De kracht van het gereedschap die op het metaal inwerkt, bepaalt de hoeveelheid geïnduceerde spanning en de resulterende straal. Met deze beweging kan het buigsysteem met variabele radius zeer snel buigingen met een grote radius creëren. En omdat een enkel gereedschap elke straal kan creëren (opnieuw wordt de vorm bepaald door de druk die het gereedschap uitoefent, niet door de vorm), vereist het proces geen speciaal gereedschap om het product te buigen.
Het vormgeven van hoeken in plaatstaal vormt een unieke uitdaging. Uitvinding van een geautomatiseerd proces voor de markt voor gevel(bekleding)panelen. Dit proces elimineert de noodzaak van lassen en produceert prachtig gebogen randen, wat belangrijk is voor hoge cosmetische eisen zoals gevels (zie afb. 7).
Je begint met een lege vorm die uitgesneden wordt zodat in elke hoek de gewenste hoeveelheid materiaal geplaatst kan worden. Een gespecialiseerde buigmodule creëert een combinatie van scherpe hoeken en vloeiende stralen in aangrenzende flenzen, waardoor een “voorbuig”-uitzetting ontstaat voor daaropvolgende hoekvorming. Tenslotte maakt een hoekgereedschap (geïntegreerd in dezelfde of een andere werkplek) de hoeken.
Als een geautomatiseerde productielijn eenmaal is geïnstalleerd, wordt deze geen onroerend monument. Het is net als bouwen met Legoblokjes. Sites kunnen worden toegevoegd, herschikt en opnieuw ontworpen. Stel dat een onderdeel in een samenstel voorheen secundair laswerk op een hoek vereiste. Om de maakbaarheid te verbeteren en de kosten te verlagen, hebben ingenieurs het lasnaad achterwege gelaten en onderdelen met geklonken verbindingen opnieuw ontworpen. In dit geval kan een automatisch klinkstation aan de vouwlijn worden toegevoegd. En omdat de lijn modulair is, hoeft deze niet volledig te worden gedemonteerd. Het is alsof je nog een LEGO-stuk toevoegt aan een groter geheel.
Dit alles maakt automatisering minder riskant. Stel je een productielijn voor die is ontworpen om tientallen verschillende onderdelen achter elkaar te produceren. Als deze lijn productspecifieke gereedschappen gebruikt en de productlijn verandert, kunnen de gereedschapskosten zeer hoog oplopen gezien de complexiteit van de lijn.
Maar met flexibele hulpmiddelen kunnen nieuwe producten bedrijven eenvoudigweg verplichten de Legoblokjes te herschikken. Voeg hier wat blokken toe, herschik andere daar, en je kunt opnieuw rennen. Natuurlijk is dat niet zo eenvoudig, maar het herconfigureren van de productielijn is ook geen moeilijke opgave.
Lego is een toepasselijke metafoor voor autoflexlijnen in het algemeen, of het nu gaat om kavels of sets. Ze bereiken gietprestatieniveaus van de productielijn met productspecifieke gereedschappen, maar zonder productspecifieke gereedschappen.
Hele fabrieken zijn gericht op massaproductie, en het omzetten ervan in volledige productie is niet eenvoudig. Het opnieuw plannen van een hele fabriek kan lange stilstanden vereisen, wat kostbaar is voor een fabriek die honderdduizenden of zelfs miljoenen eenheden per jaar produceert.
Voor sommige grootschalige plaatwerkbuigbewerkingen, vooral voor nieuwe fabrieken die de nieuwe leisteen gebruiken, is het echter mogelijk geworden om grote volumes te vormen op basis van kits. Voor de juiste toepassing kunnen de beloningen enorm zijn. Eén Europese fabrikant heeft de doorlooptijden zelfs teruggebracht van twaalf weken naar één dag.
Dit wil niet zeggen dat conversie van batch naar kit geen zin heeft in bestaande fabrieken. Het terugbrengen van doorlooptijden van weken naar uren levert immers een enorm rendement op de investering op. Maar voor veel bedrijven zijn de kosten vooraf wellicht te hoog om deze stap te zetten. Voor nieuwe of geheel nieuwe lijnen is kitgebaseerde productie echter economisch zinvol.
Rijst. 4 In deze gecombineerde buigmachine en rolvormmodule kan de plaat tussen de stempel en de matrijs worden geplaatst en gebogen. In de walsmodus zijn de stempel en de matrijs zo gepositioneerd dat het materiaal er doorheen kan worden geduwd om een straal te vormen.
Houd bij het ontwerpen van een productielijn voor grote volumes op basis van kits zorgvuldig rekening met de voedingsmethode. Buiglijnen kunnen worden ontworpen om materiaal rechtstreeks van spoelen te accepteren. Het materiaal wordt afgewikkeld, afgevlakt, op lengte gesneden en door een stansmodule gevoerd en vervolgens door verschillende vormmodules die specifiek zijn ontworpen voor een enkel product of productfamilie.
Dit klinkt allemaal erg efficiënt – en het is bedoeld voor batchverwerking. Het is echter vaak onpraktisch om een rolbuiglijn om te bouwen naar de productie van bouwpakketten. Voor het opeenvolgend vormen van een andere set onderdelen zijn hoogstwaarschijnlijk materialen van verschillende kwaliteiten en diktes nodig, waardoor het verwisselen van spoelen nodig is. Dit kan resulteren in een stilstand van maximaal 10 minuten – een korte tijd voor productie van hoge/lage batches, maar veel tijd voor een buiglijn met hoge snelheid.
Een soortgelijk idee is van toepassing op traditionele stapelaars, waarbij een zuigmechanisme individuele werkstukken oppakt en naar de stans- en vormlijn voert. Ze hebben meestal slechts ruimte voor één werkstukgrootte of misschien meerdere werkstukken met verschillende geometrieën.
Voor de meeste op kits gebaseerde flexibele draden is een rekkensysteem het meest geschikt. De rektoren kan tientallen werkstukken van verschillende afmetingen opslaan, die indien nodig één voor één in de productielijn kunnen worden ingevoerd.
Geautomatiseerde, op kits gebaseerde productie vereist ook betrouwbare processen, vooral als het om het gieten gaat. Iedereen die op het gebied van plaatbuigen heeft gewerkt, weet dat de eigenschappen van plaatwerk anders zijn. De dikte, evenals de treksterkte en hardheid, kunnen van partij tot partij variëren, waardoor de vormeigenschappen veranderen.
Dit is geen groot probleem bij het automatisch groeperen van vouwlijnen. Producten en de bijbehorende productielijnen zijn meestal ontworpen om variaties in materialen mogelijk te maken, dus de hele batch moet binnen de specificaties vallen. Maar soms verandert het materiaal dusdanig dat de lijn dit niet kan compenseren. In deze gevallen, als u 100 onderdelen aan het snijden en vormgeven bent en een paar onderdelen vallen buiten de specificaties, kunt u eenvoudig vijf onderdelen opnieuw uitvoeren en binnen een paar minuten beschikt u over 100 onderdelen voor de volgende bewerking.
In een op kits gebaseerde geautomatiseerde buiglijn moet elk onderdeel perfect zijn. Om de productiviteit te maximaliseren, werken deze op kits gebaseerde productielijnen op een zeer georganiseerde manier. Als een productielijn is ontworpen om in volgorde te draaien, bijvoorbeeld zeven verschillende secties, dan zal de automatisering in die volgorde draaien, vanaf het begin van de lijn tot het einde. Als onderdeel #7 slecht is, kun je onderdeel #7 niet zomaar opnieuw uitvoeren, omdat de automatisering niet is geprogrammeerd om dat ene onderdeel af te handelen. In plaats daarvan moet u de lijn stoppen en opnieuw beginnen met onderdeelnummer 1.
Om dit te voorkomen maakt de geautomatiseerde vouwlijn gebruik van realtime laserhoekmetingen die snel elke vouwhoek controleren, waardoor de machine inconsistenties kan corrigeren.
Deze kwaliteitscontrole is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de productielijn het kitgebaseerde proces ondersteunt. Naarmate het proces verbetert, kan een op kits gebaseerde productielijn veel tijd besparen door de doorlooptijden te verkorten van maanden en weken naar uren of dagen.
FABRICATOR is het toonaangevende tijdschrift voor de productie en vorming van staal in Noord-Amerika. Het magazine publiceert nieuws, technische artikelen en succesverhalen waarmee fabrikanten hun werk efficiënter kunnen doen. FABRICATOR is al sinds 1970 actief in de sector.
Volledige digitale toegang tot The FABRICATOR is nu beschikbaar, waardoor u eenvoudig toegang krijgt tot waardevolle industriële bronnen.
Volledige digitale toegang tot The Tube & Pipe Journal is nu beschikbaar, waardoor u eenvoudig toegang krijgt tot waardevolle bronnen uit de sector.
Volledige digitale toegang tot The Fabricator en Español is nu beschikbaar, waardoor u eenvoudig toegang krijgt tot waardevolle industriële bronnen.
Andy Billman sluit zich aan bij de podcast The Fabricator om te praten over zijn carrière in de productie, de ideeën achter Arise Industrial,...
Posttijd: 18 mei 2023