Машини за прецизно огъване на метал

• Една от фундаменталните технологии, която тласкат прецизното огъване към съвременните високи стандарти, е цифровото програмно управление
  
  
• Разновидност на въздушното огъване е прецизното въздушно огъване, при което ножът се позиционира с точност в диапазона ±0,01 мм или по-малко спрямо матрицата
  
  
• Съвременните металообработващи цехове инвестират във високоефективни абкант преси (предимно хидравлични) с ЦПУ и прецизно шлифовани инструменти, способни на изключителна точност

В съвременната индустрия понятието “прецизност” има коренно различен смисъл от това, което е означавало през 70-те или 80-те години на миналия век например. Днес прецизното огъване на метал все повече граничи със съвършенството, технологично опосредствано от последното поколение машини за целта, които се предлагат на пазара. А с всяка година арсеналът им от възможности по отношение на свързаността, дигитализацията, комуникационните възможности и чисто техническите аспекти на металообработката неимоверно нараства. Сред водещите фактори, стимулиращи развитието на технологиите в сферата на огъването, са непрекъснатият пазарен натиск за намаляване на разходите за единица продукция, напредъкът при средствата за автоматизация и индустриалната роботика.

Няколко десетилетия назад единственият метод за постигане на желаната прецизност е щамповането. Добрите резултати обаче са на цената на високи разходи за инструментална екипировка. Днес металообработващите цехове инвестират във високоефективни абкант преси (предимно хидравлични) с цифрово програмно управление и прецизно шлифовани инструменти, способни на изключително точно огъване. Като водещи методи се налагат т. нар. огъване до дъно (англ. bottoming), V- и U-образното огъъване, престилковото, стъпаловидното и частичното/въздушно огъване (air bending) и др., като всеки от тях се отличава с различни предимства и недостатъци по отношение на точността.

Преглед на технологичните възможности

Макар абкант пресите в наши дни значително да превъзхождат предшествениците си по редица показатели вследствие на бурната техническа еволюция в сегмента през годините, базовите методи за огъване на метал не са се променили.

При огъването до дъното на призмата формоването на металния лист се постига чрез пълен контакт между материала, матрицата (призмата) и падащия нож. Ако той е под ъгъл от 90 градуса, с такъв ъгъл ще бъде и сгъвката. При освобождаване на заготовката от пресата обаче този ъгъл леко ще се разтвори, компрометирайки прецизността на детайла. Причина за това явление е “паметта” на метала, който е бил в плоско, изправено състояние при 180 градуса и проявява тенденция да възвърне тази си форма – т. нар. пружинен ефект. Възвратът ще варира в зависимост от якостта на опън на материала, точката на провлачване и твърдостта. Популярна и проста техника за компенсиране на това обратно пружиниране или разгъване е детайлът да се огъне повторно до необходимия ъгъл с коригиращи инструменти. Проблем обаче е непредсказуемата природа на разгъването, която зависи от множество променливи, включително от липсата на идеална хомогенност в материала. Ето защо същинското огъване до дъно не е препоръчителен и надежден метод при високи изисквания към точността на изделията.

Щамповането (огъване до дъно с проникване) е сред естествените методи за преодоляване на пружинния ефект на листовия метал и изработка на прецизни изделия, тъй като при него материалът първо се формова в желания ъгъл, а след това върхът на падащия нож с голяма сила се притиска към заготовката. Процесът позволява прецизна повторяемост на сгъвката при голям брой детайли. Върхът на ножа реално прониква в материала и го принуждава да претърпи пластична деформация при огромен натиск. След края на формовъчния етап металът се втвърдява и запазва желания ъгъл, минимизирайки ефекта на разгъване. Недостатъци са необходимостта от голям тонаж на оборудването (до 10 пъти по-висок от този при въздушното огъване например) и агресивният към инструменталната екипировка процес, който драстично повишава разходите за единица продукция.

Въздушното огъване получава наименованието си от факта, че трите основни компонента – материалът, призмата и ножът – никога не са едновременно в контакт. Така формоването се случва “във въздуха”. Металът традиционно се докосва до инструментите едва в три точки. Универсалните преси за въздушно огъване се използват предимно за метални листове с по-голяма дебелина, при които вариации в ъгъла от порядъка на 1 – 2 градуса са задоволителни.

Разновидност на метода е прецизното въздушно огъване, при което ножът се позиционира с точност в диапазона ±0,01 мм или по-малко спрямо матрицата. Единственият начин да се постигне такава точност е с прецизно шлифована инструментална екипировка и ЦПУ преса с висока повторяемост на буталния ход на ножа. Благодарение на точните инструменти една CNC абкант преса може да произвежда сгъвки с допуски от порядъка на ±0,5 градуса само с настройка на количеството хидравлично масло, което навлиза в цилиндрите, посредством пропорционален или сервоуправляем вентил. Всяка система за пълнене на цилиндрите за движение по осите Y1 и Y2 е добре да разполага с отделни функции за управление на масления поток.

Макар и огъването до дъно с проникване и прецизното въздушно огъване да се радват на широка популярност в съвременната практика за изработката на точни метални изделия, вторият метод се доказва като по-ефективен в редица сценарии поради значително по-малкия необходим тонаж на оборудването и по-ниските разходи за инструменти, които водят до множество дългосрочни ползи.

Прецизност при механичните преси

С напредъка на технологиите при абкант пресите през последните няколко десетилетия значително се подобряват възможностите и за прецизно огъване на метал. През 70-те години на миналия век основно средство за изпълнение на по-точни операции по огъване върху листов метал са механичните преси, при които са възможни сгъвки с допуски от порядъка на ±1 градус. По своето устройство тези машини са прости и издръжливи и напълно удовлетворяват потребностите на тогавашната индустрия.

Стремежът към по-прецизни детайли постепенно налага навлизането на хидравличните машини в сегмента. При тях обаче повторяемостта на буталния ход не успява да надхвърли ±0,01 мм, необходими за прецизно сгъване. Една 90-тонна механична преса за огъване до дъно с проникване реално оказва натиск от 90 тона в близост до края на хода на ножа, но при достигането на крайната точка върхът му навлиза в метала с няколко хилядни от милиметъра, увеличавайки капацитета с до 50% или до около 135 тона. Ето защо производителите на такова оборудване са изправени пред предизвикателството да вграждат усилени конструкции и лагери, които да издържат на това допълнително натоварване. Прецизността на сгъвката се получава вследствие достигането на краен ход на падащия нож и пълен контакт между основните механични компоненти в процеса на огъване.

Механичните преси задължително изискват оператор с голям опит, тъй като при липсата на хидравлика и ЦПУ единственият фактор, дефиниращ точността, е човешкият. Едно неправилно или прекалено бързо движение на лоста би довело до риск както за оператора, така и за машината, а логично – и за целостта и точността на детайла. Допълнителна особеност на тези преси са по-грубо изработените инструменти, при които височината от върха до рамото в единия край на инструмента може да е с няколко хилядни от милиметъра по-голяма от тази в другия край. За да компенсират това, операторите трябва ръчно да регулират нивото на цилиндъра достатъчно точно, за да постигнат прецизна сгъвка и често дори да подрязват секции от матрицата.

Хидравлични решения

Хидромеханичните абкант преси налагат нови стандарти по отношение на точността. Въведени в практиката през края на 70-те и началото на 80-те години на XX в., те са първите системи с подобен тип задвижване, които постигат повторяемост при позициониране на ножа от порядъка на ±0,025 мм. Еволюцията в конструкциите постепенно замества лостовата система с хидравлични цилиндри. Така се елиминира критичната необходимост от опитен оператор и се постига по-висока последователност при допуските и качеството на огънатите метални детайли.

Хидравличните преси постепенно се доказват като отлично решение за щамповане с предимството на допълнителния тонаж в края на хода на ножа (с до 50%). Повторяемостта на буталния ход обаче все още не е достатъчна за прецизно огъване.

Друг модел, разрaботен в миналото, е базиран на подвижно/люлеещо се рамо с възвратно-постъпателно движение, при което в единия край е разположен хидравличният цилиндър, а в другия – избутващото ножа бутало. Тази конструкция позволява позициониране на цилиндъра до три пъти по-далеч от точката на огъване, тъй като буталото постига ефект на умножаване на силата. Така за постигането на натиск на огъване от 90 тона са необходими едва 30 реални тона сила. Ако цилиндърът е способен да спре с точност от 0,075 мм), то буталото може да спре на 0,025 мм.

Въпросният дизайн се счита за първият сериозен пробив в сегмента по отношение на прецизността на хидравличните абкант преси. Хидравличните двигатели осигуряват по-големи възможности за управление на хода на избутвача, а механичните свръзки осигуряват здравина, издръжливост и точност. Логично следват редица други разработки на базата на тази конструкция, която и днес запазва широка популярност поради относителната си простота и ниска себестойност.

Сервоуправляемите клапани са следващият технологичен скок при хидравличното оборудване, който успява да преодолее прага от ±0,025 мм в повторяемостта. Първите модели, разбира се, са скъпи и силно чувствителни към попадане на прах и масло в устройството. В резултат на технологичното им развитие обаче една хидравлична система с усъвършенствани функции за управление и подобрена безопасност може най-накрая да навлезе в модерните параметри на повторяемост при хода на ножа, използвани и днес при прецизното въздушно огъване.

Съвременни възможности

Най-фундаменталната технология, която тласка прецизното огъване към съвременните високи стандарти, е цифровото програмно управление. С помощта на усъвършенстваните контролни възможности на CNC абкантите производителите успяват да пренесат интелигентната функционалност, интегрирана в сервоклапаните на цилиндъра, към блока за управление. Сервоуправляемите вентили пък биват заменени от пропорционални устройства. Така днес пресите за огъване на метал с ЦПУ от най-висок клас могат да осъществяват прецизно наблюдение и на най-дребните детайли на работния процес, измервайки с точност до микрона. Модерните абканти са оборудвани с технологии за автоматизиран мониторинг и интелигентни инструменти за компенсация на пружинния ефект, отклоненията от допуските и вариациите при материалите. С помощта на различни сензори и изчислителни алгоритми от ново поколение е възможно генерирането на детайлни бази данни за процесите на огъване, извършвани на дадена машина, които опосредстват функции за прогнозен мониторинг и превантивна поддръжка. Производителите на модерно оборудване в сегмента предлагат и широка гама спомагателни устройства за формоване, измерване и настройка на заготовката, инструменталната екипировка и работните параметри – както преди, така и по време на цикъла на огъване. Такива са например вградените сензори за налягане или външните лазерни измервателни прибори.

В сегмента на прецизно огъване днес се нареждат различни сервоуправляеми системи, електрохидравлични преси и други типове оборудване, базирани на хибридни технологии. По-скъпата за поддръжка и експлоатация хидравлика в доста приложения може да бъде заменена от електрически преси със сервоуправление, които осигуряват по-висока разходна ефективност без никакъв компромис с качеството и прецизността.

Независимо колко прецизна е една машина за огъване обаче, сама по себе си тя не би могла да постигне нищо. Тук е важно да подчертаем ключовата роля на инструменталната екипировка в процеса по изработката на прецизни сгъвки. Фино шлифованите инструменти днес работят с толеранси от порядъка на ±0,02 мм, които се превръщат в стандарт за всяка следваща преса за точно въздушно огъване. Високата точност тук далеч не е функция само на прецизната изработка на инструментите. Хидравличните системи за захващане на инструментите с функции за подобрена точност при позиционирането позволяват лесна и бърза настройка на оборудването и правят възможно лесното и интуитивно управление на машината дори от по-нискоквалифициран персонал.