Огъване на листов материал, профили и тръби

Огъването е една от най-масово прилаганите в съвременната металообработка технологии за пластично деформиране на отделни участъци от плоски заготовки, профили с различна геометрия и тръби с цел получаването на обемни детайли. За тази задача в модерните цехове най-общо се използват три типа оборудване: специализирани огъващи машини (с електромеханично, пневматично, хидравлично или индукционно задвижване), огъващи машини с цифрово-програмно управление (ЦПУ), както и автоматизирани производствени клетки. Комплексните високотехнологични машини и линии за производство на изделия от листов материал, профили и тръби често позволяват изпълнение на няколко обработващи задачи, включително рязане и огъване, изтегляне и пробиване, на една и съща установка.

Автоматизацията безспорно е сред водещите тенденции в модерното машиностроене в хода на четвъртата индустриална революция. Все повече технологични операции в сегмента производство на метални изделия посредством огъване се автоматизират, включително с роботизирани системи за обслужване, които изпълняват ролята на оператор, както и с цялостни автоматизирани линии и роботизирани огъващи клетки, комбиниращи функционалността на няколко вида машини.

Интегриран с хидравлична CNC абкант-преса например един обслужващ робот може да бъде използван за зареждане на установката и отнемане на готовите детайли, постигайки напълно автоматизиран цикъл на обработка, при който се постигат висока скорост, прецизност, надеждност и повторяемост.

Наред с повишаването на степента на автоматизация и внедряването на интелигентни технологии за управление на огъващото оборудване все повече иновативни технологични разработки се наблюдават и при инструменталната екипировка – призмите, ножовете и т. н. с оглед постигането на по-високо качество на детайлите и удължен сервизен живот на машината.

Развитие при машините с ЦПУ

Огъващи машини с цифрово-програмно управление най-често се срещат в листообработката. Традиционно това са абканти за изработка на широк асортимент от изделия чрез многостепенно огъване на метални листове и ленти. Те могат да огъват секции с ширина от няколко милиметра до няколко метра, а предимството им е във високата гъвкавост при обработка и кратките времена за настройка. CNC абкант-пресите позволяват както единично, така и серийно производство на изделия от листов материал с еднаква прецизност и икономическа ефективност.

Огъването с ЦПУ продължава да е сред най-популярните процеси в автоматизираните линии за металообработка. Методът включва позиционирането на метален лист или посредством автоматизиран манипулатор, или чрез специален конвейерен механизъм върху работната маса на машината. Конвейерите типично са по-подходящи за листов материал с вече пробити отвори, който би затруднил един конвенционален манипулатор с хващачи.

Все по-популярни в модерните машиностроителни заводи стават и т. нар. универсални огъващи машини с модулна конструкция. При тях се използва базово оборудване за огъване на метални листове, профили или тръби, което с бързо и лесно модулно надграждане се конфигурира за изпълнението на различни специализирани задачи. Смяната на инструменталната екипировка се извършва от автоматизирана система, която се отличава с висока скорост на работа благодарение на специална “plug-in” технология за захващане на инструментите. Базовата конфигурация обикновено включва огъваща преса с ЦПУ, работна маса, както и софтуер за програмиране и управление. След първоначалната инвестиция всеки цех може на модулен принцип да конструира своя собствена специализирана машина за огъване според потребностите, както и впоследствие да разширява и променя функционалността й колкото пъти го налага производствената програма.

Основна полза при навлизането на съвременните информационни и комуникационни технологии в машиностроенето е възможността за обединяване на отделните машини в единна производствена мрежа. Така абкантите с ЦПУ могат да бъдат свързани с предишните и последващите етапи в изработката на едно метално изделие, функционирайки в непрекъснат цикъл без загуба на време и информация за обработващите операции. За да е възможна подобна работа в мрежов режим, производителите на огъващи машини ги оборудват със специални интерфейси за свързване. Сред предимствата са необходимостта от един-единствен софтуер за програмиране на цялата линия и работните последователности, въвеждане на работната програма наведнъж, възможност за използване на стандартен индустриален компютър за осъществяване на връзка между машините, както и опция за изграждане единна база данни с цел по-лесна интеграция на допълнително оборудване към съществуващата линия в бъдеще. Освен да обменят информация помежду си и с контролния център, отделните машини могат и да експортират желаните данни в специализирани файлове със съответното разширение, достъпни за ползване от цялата мрежа.

Пазар на автоматизирани машини за огъване

Съгласно актуално проучване на Markets and Markets, пазарът на автоматизирано оборудване за огъване на листов метал, профили и тръби от 1,9 млрд. щатски долара през 2019 г. се очаква да достигне 2,4 млрд. в следващите пет години, регистрирайки устойчив годишен темп на растеж от 4,5%. Според маркетинговите анализатори, основен двигател на ръста на този пазар са високата прецизност и подобрената безопасност, която осигуряват усъвършенстваните програмируеми огъващи машини от последно поколение. Основните предимства на автоматизираното оборудване са по линия на скоростта, точността и повторяемостта на огъващите операции, както и по отношение на възможността за работа с масивни, едрогабаритни заготовки с голямо тегло и комплексна форма. При полуавтоматичните огъващи машини детайлите за обработка се подават към машината ръчно от оператор, което ги прави неудобни за високообемни и динамични масови производства в гигантски партиди. Като допълнителни предимства на автоматизираните машини за огъване експертите посочват тяхното лесно използване благодарение на дигиталните функции за управление на работните последователности. Ето защо делът на автоматичното огъващо оборудване се очаква да нараства трайно и през следващите години в сравнение с този на полуавтоматичната техника.

Електромеханичните модели са предпочитани от металообработващи предприятия във все повече промишлени отрасли, включително в строителната, автомобилната, космическата и корабостроителната индустрия, сочат още данните на Markets and Markets. Като техни плюсове специалистите изтъкват високата точност, сравнително ниската консумация на енергия и улесненото им управление. Прецизността е ключов фактор за качеството на готовите изделия, произведени посредством огъване, особено в космическия сектор, където се борави предимно с тежки едрогабаритни детайли. В допълнение електромеханичните конфигурации осигуряват и необходимата мощност и енергийна ефективност с цел оптимална производителност и рентабилност.

От трите сегмента – огъване на листов материал, профили и тръби, огъването на тръби се очаква да регистрира най-голям ръст в приложенията през следващите 5 години, прогнозират още пазарните аналитици. Причина за това е нарастващото търсене на тръбни елементи за изграждане на различни транспортни системи за газове, флуиди и субстанции с различен вискозитет в множество индустрии. Широкият асортимент от тръбни детайли с разнообразни форми, размери и ъгли на огъване изисква висока прецизност и гъвкавост при изработка. Водещи в сегмента отново са автоматизираните машини с високотехнологични системи за зареждане и разтоварване на заготовките и завършените детайли.

Роботизация в огъването на метал

Само преди десетилетие интегрирането на роботизирана система в дадена производствена линия за огъване на листов метал беше рентабилна инвестиция само за най-големите предприятия с големи производствени партиди от порядъка на хиляди или дори десетки хиляди детайли. Някои по-специфични приложения като работата с големи и комплексни заготовки, а също и многостепенното огъване на прекалено малки такива, в общия случай се оказваха предизвикателство за роботите. Развитието на технологиите в тази сфера обаче, наред с техниките за програмиране, еволюцията при софтуера и хардуера, днес позволяват икономически обоснована интеграция на роботизирани системи дори в по-малки производства с възможности за бърза възвръщаемост на инвестицията и значително повишаване на ефективността. Налице е потенциал за подобряване на производителността и качеството на готовите изделия, както и на оптимизиране на разходите за труд – все ключови задачи по отношение на стратегическото развитие на всеки един бизнес в областта на металообработката. В допълнение възможностите за производство на повече детайли за едно и също време значително намаляват разходите за единица продукция. В сравнение с хората, роботите могат да работят без прекъсвания и почивки, не се уморяват, а тежките и повторяеми операции не носят здравни рискове за тях. Така интегрирането на роботизирани системи в дадена автоматизирана линия или клетка за огъване на листов метал, профили или тръби може освен да допринесе за икономии на разноски и ресурси в дългосрочен план, да освободи и ценен човешки ресурс, който да бъде пренасочен към по-отговорни задачи.

В една роботизирана конфигурация е много по-лесно да се осъществява и качествен контрол, тъй като роботите стандартно работят с постоянна и устойчива прецизност, както и с отлична повторяемост. Налице са възможности за постепенно увеличаване на производствения капацитет на една линия за огъване посредством нейното разширяване с допълнителни машини и роботи. В някои приложения дори само един артикул, например малък детайл с комплексни сгъвки, може да оправдае закупуването на роботизирана система, тъй като качественото и ефективното й производство в големи обеми често е основание за увеличаване на приходите от поръчки.

Експертите посочват като преломен момент в развитието на роботизираното огъване въвеждането на офлайн програмирането като основен аналог на програмирането на робота посредством обучителен терминал. Втората техника традиционно може да отнеме часове ценно време, през което роботизираната линия или клетка е в режим на престой. Последното поколение софтуер за абкант-преси и други металоогъващи машини елиминира нуждата от този времеемък процес. В повечето случаи програмата за робота може да бъде генерирана офлайн, директно от файл, за по-малко от 10 минути, твърдят експертите.

Автоматизирани листоогъващи клетки

Автоматизираните клетки за огъване на листов материал са отлично решение за производства, които търсят да внедрят високопродуктивни и гъвкави решения за автоматизация за широк асортимент от изделия с устойчиво високо качество и ниски разходи за единичен детайл. В най-общия случай една такава клетка се състои от абкант, робот и автоматизирана обслужваща система. Прецизната координация между отделните елементи на клетката гарантира висока надеждност, както и по-ниски цикли на обработка в сравнение с конвенционалното изпълнение на различните операции по огъване на отделни машини или работни станции. Някои от най-високотехнологичните решения в сегмента разполагат с иновации като интегрирано машинно зрение, което елиминира нуждата от предварително позициониране на заготовките преди подаването им към робота. Системата автоматично идентифицира ориентацията на всеки детайл с помощта на високоскоростна дигитална камера и го подравнява според изискванията. Сред новостите в областта са вакуумни хващачи за заготовки, които осигуряват здраво и надеждно захващане всеки път.

Смукателните чашки подлежат на индивидуално управление, като се предлагат и т. нар. мултигрипери с няколко манипулатора, които могат също да бъдат индивидуално позиционирани и контролирани.

Благодарение на множеството им предимства, приложенията на роботизираните клетки за листоогъване в практиката непрекъснато нарастват. Те се оказват рентабилно решение за нарастващото търсене на прецизни детайли в големи обеми на по-ниска цена, както и на нестандартни метални изделия с комплексни характеристики, изработени по поръчка.

Водещ плюс на една роботизирана клетка за огъване е нейната висока разходна ефективност. Цялата последователност от операции, необходими за изработка на крайното изделие, може да бъде зададена и управлявана с помощта само на една производствена програма. Клетката може да функционира с минимална и дори никаква намеса от страна на оператор. Така става възможна работата не само в трисменен, но и в непрекъснат режим на работа (или т. нар. “lights-out” производство).

Друга съществена полза от интегрирането на роботизирана огъваща клетка в даден цех е възможността за постигане на максимална производителност и извличане на оптимална стойност от наличното оборудване. Синхронизираните работни процеси, автоматизираната настройка, улесненото програмиране офлайн и елиминираната нужда от спиране на робота позволяват мащабни икономии на време и ресурси и тяхното най-добро оползотворяване.

Ключов фактор за ефективността на роботизираните клетки за листоогъване е ултрабързият софтуер за управление, при който производственият процес се задава в една стъпка и всичките му аспекти се управляват взаимосвързано и централизирано. На базата на заложения в софтуерната програма триизмерен модел “мозъкът” на робота или неговият централен контролен блок симулира оптимална последователност от операции за изработката на съответния детайл с минимум загуби и максимум ефективност. Вградени в системата сензори се грижат за правилното изпълнение на процеса. Това, което при традиционните линии за листоогъване би отнело няколко часа на оператор, тук може да бъде автоматично свършено от роботизираната система само за няколко минути. Така става изключително лесна и бърза и пренастройката между отделните производствени програми за изработката на различни серии от продукти с разнообразни характеристики. Рентабилно се оказва дори производството на малки партиди от порядъка на 20-30 до 80-100 детайла. А дори след дълги часове работа автоматизираната система все още гарантира същата прецизност, скорост и надеждност.

Автоматизация при клетките за огъване на тръби

Като компоненти, които се предлагат в огромно разнообразие от форми, размери, диаметри и дизайни, огънатите тръбни детайли са сред най-адекватните отговори на нарастващата нужда от олекотени изделия с голяма структурна якост и богати материални характеристики в широк кръг от индустриални отрасли. Освен в традиционни сегменти като газовата и нефтената промишленост, корабо- и автомобилостроенето, космическия сектор, такива продукти намират мащабни приложения и в здравеопазването, енергетиката, авиацията, както и в общото машиностроене. Огъването на тръби днес е сред ключовите технологии за производството чрез формоизменяне на леки тръбни елементи за различни индустриални приложения предвид неговата ефективност и множеството съвременни възможности за оптимизация, включително автоматизиране и роботизиране на процеса.

Дали в дадена клетка за огъване на тръби да бъде интегриран робот или например електрически 4-осен линеен манипулатор със сервоуправление – зависи изцяло от потребностите на приложението. В допълнение към огъването автоматизираните системи позволяват оптично измерване, поставяне на етикети, както и широк набор от други функции, които биха оптимизирали възможностите на клетката. Линейните манипулатори традиционно се предпочитат за приложения, в които акцентът е върху по-кратките времена на боравене с детайла, високата скорост и улесненото програмиране. Подходящи са за изработка на къси огънати тръбни детайли или такива с предварителна механична обработка преди етапа на огъване.

Роботите пък осигуряват по-висока гъвкавост при изпълнение на цялостни и непрекъснати последователности от операции за производство на крайно изделие. Вече е икономически обосновано и използването на роботи в ролята им на огъващи машини вместо като обикновена обслужваща система поради нарастващата им функционалност, мощност и ефективност. Така вместо на инвестиция в огъваща машина и нейното последващо автоматизиране посредством робот съвременните производители на огънати тръбни детайли могат да заложат на високотехнологичен робот, оборудван с необходимите компоненти и инструментална екипировка за огъващи операции.

Иновации

Сред иновативните тенденции при огъването на листов метал, профили и тръби в наши дни безспорно е т. нар. 3D огъване или производството на триизмерни детайли, които имат не само радиус, но и градиент. Огъването по множество радиуси изисква специализирано оборудване, специални инструменти и добре обучен оператор или усъвършенствана система за автоматизирано управление. Процесът е подходящ за огъването на изделия от алуминий, тръби, правоъгълни и квадратни кухи профили, плоски заготовки и пръти, листов материал и т. н.

Триизмерното огъване намира широко приложение в архитектурата и съвременната индустрия, включително в производството например на релси и метални писти, извити, спираловидни или концентрични стъпала, парапети, машинни компоненти, както и различни метални конструктивни елементи. На 3D огъване подлежат и някои специализирани компоненти за хранително-вкусовата промишленост, например лопатките и вилките за различни миксери и смесително оборудване.

Възможностите на огъването във високотехнологичното модерно машиностроене далеч не спират дотук. Концепцията за Industry 4.0, интелигентно и дигитализирано производство неминуемо навлиза и в сегмента на огъващите машини, предопределяйки бъдещото им технологично развитие. Най-усъвършенстваните модели на пазара вече разполагат с редица иновации като отдалечено програмиране, умни сензори, функции за прогнозна поддръжка, възможности за интеграция с ERP, CAD-CAM платформи. Огъващите машини за листов материал, профили и тръби, проектирани за цифровите фабрики на бъдещето, са оборудвани и с опции за: автоматична смяна на инструмента, автоматизирано зареждане и разтоварване, възможности за избор на подходяща заготовка и проверка на дебелината, както и за интелигентно позициониране.

Машините за огъване от най-ново поколение правят възможни още: денонощната работа без надзор, изготвянето на доклади за ефективността и производителността, непрекъснатия мониторинг на качеството, прецизната диагностика и откриването на аномалии, както и интерфейсното свързване с различни складови системи, машини за конвенционално и лазерно заваряване и т. н. Сред функциите на технологично модернизираните машини за огъване на пазара днес могат да бъдат също: инструменти за отдалечено управление и отстраняване на проблеми, автоматична компенсация на деформацията на машината, прогнозиране и симулиране на работните цикли, детайлен анализ на грешките и т. н.