Щанцови машини

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 4/2021 • 24.06.2021

  • С развитието на технологиите по посока дигитализация непрекъснато се разширяват функциите и възможностите на модерните щанцови машини и центри

  • Комбинираните системи за лазерно рязане и щанцоване не налагат извършване на вторични операции върху обработвания детайл, а смяната между отрезните и формовъчните операции е бърза и автоматизирана

  • Най-ефективните системи, предназначени за гъвкаво автоматизирано производство с усъвършенствано качество и надеждност и оптимизирани разходи, използват фибролазери с висока мощност

Щанцоването е сред водещите промишлени технологии за обработка на листов метал, чрез които могат да бъдат произвеждани плоски и пространствени детайли с комплексна форма. По своята същност това е метод за изработка на метално изделие посредством комбинация от формоизменящи и разделителни операции, при които се извършва пластична деформация на материала в студено състояние чрез огъване, усукване, изтегляне, пресоване и т. н. Обработваният материал се отделя изцяло или частично от металния лист посредством изрязване, пробиване и др. В зависимост от технологията и оборудването, отделената част от метала може да бъде готовото изделие или отпаден материал. В производства със среден до висок обем щанцоването се налага като рентабилна технология за бързо, ефективно и прецизно рязане и формоване на метал.

За целта се използват щанцови машини или преси, които са оборудвани със специални инструменти, наречени щанци. Те се състоят от матрица и поансон и навлизат с определена сила в листовия метал, за да създадат отвор или дадена деформация. В съвременните цехове най-често се срещат автоматизирани системи с ЦПУ, при които обработката се извършва на базата на предварително зададена програма. С развитието на технологиите по посока дигитализация непрекъснато се разширяват функциите и възможностите на модерните щанцови машини и центри. Новостите при автоматизираните системи за рязане и щанцоване с ЦПУ в контекста на четвъртата промишлена революция включват подобрени концепции за производителност както и множество иновации при софтуера за управление, които правят процеса по-интуитивен, високопроизводителен и надежден. Все по-популярни стават системите за лазерно рязане и щанцоване, които съчетават предимствата на тези две доказани технологии, същевременно компенсирайки слабите им страни с цел постигане на оптимална производителност.

 

Налични технологии

Щанцоването намира широко приложение в различни индустрии поради възможността за серийно производство на голямо количество изделия със сравнително ниска себестойност. Това прави метода особено привлекателен за предприятия в сферата на машиностроенето (автомобило-, самолето-, уредостроенето и т.н.), медицинското оборудване, електрониката, телекомуникациите. Подобно на други типове конвенционални металорежещи машини, щанц пресите могат да изработват детайли с множество отвори. Предимства при тях са липсата на термично взаимодействие с метала, което елиминира рисковете от нежеланото му деформиране, както и липсата на стружки, чрез които се губят сравнително големи количества метал. В резултат от щанцоването се получават детайли с точни размери и високо качество на повърхностите. Сред факторите, които ограничават използването на метода, е дебелината на листовия материал. При по-плътните листове една машина за лазерно рязане например би осигурила висока производителност в съчетание с отлична скорост и прецизност на работа. Лазерите обаче не могат да извършват механична обработка (например огъване, резбонарязване и т. н.ю), което често е необходимо за получаване на максимално близко до крайното изделие. И макар лазерите и щанц пресите да се считат за взаимозаменяеми, аналогични технологии, все по-често в практиката принципите им на работа се обединяват в търсене на максимална продуктивност. Комбинираните системи за лазерно рязане и щанцоване не налагат извършване на вторични операции върху обработвания детайл, а смяната между отрезните и формовъчните операции е бърза, автоматизирана и не изисква човешка намеса или преместване на заготовките на различни работни станции.

Револверните щанцови машини, използвани най-масово в металообработващите цехове през годините, изживяват истинска еволюция по отношение на технологиите на задвижване, а механичните системи постепенно биват измествани от хидравлични, пневматични, а те от електрически модели със сервоуправление. В наши дни последните са най-многобройни в практиката. При тях номиналната сила на щанцоване е до около 30 – 35 тона, което ги прави подходящи предимно за по-тънки метални листове.

За тънки плочи с дебелина от порядъка на 9,5 и повече мм, обикновено е необходима машина с капацитет 45 – 50 тона, а такъв принципно може да осигури само една хидравлична или механична преса. Сервоуправляемите модели все пак остават сред най-търсените решения в сегмента поради изключително високата си ефективност.
Щанц машините със сервозадвижване и електронно управление могат автоматично да регулират хода си на базата на обработвания материал и използваната инструментална екипировка, като се считат за специализирано решение за формоване, тъй като позволяват прецизна настройка на височината на заготовката. Съвременните модели механични щанц преси често също могат да разполагат с модерни електронни системи за управление.

 

Ръст на пазара

Глобалният пазар на щанцови машини бележи значителен ръст през последните години, сочат докладите на маркетолозите. Като основна причина за това се изтъква възходът на автоматизираното производство и логичното увеличение в търсенето на високоефективни и производителни решения за обработка на листов метал. Те осигуряват значителни предимства, включително икономии на материал, енергия и по-ниски изисквания към операторите по отношение на изпълнението, тъй като работят на базата на предварително генерирани програми. В зависимост от типа на машините и тяхната степен на автоматизация пазарът се разделя основно на полу- и изцяло автоматични модели. Щанцовите машини се доказват като устойчиво, високоиздръжливо, надеждно и прецизно решение за рязане и формоване на листов метал, което се допълва и от отлична ефективност. Това са цяла група фактори, които стимулират ръста в продажбите на тези системи през последните години, а експертните прогнози са, че тази тенденция ще се запази поне и през първата половина на следващото десетилетие.

За нарастващото търсене на щанцови преси спомагат още непрекъснатият процес на технологично усъвършенстване на машините в сегмента и значителните инвестиции в иновации по отношение на дизайна и функционалността, които правят големите производители в бранша. В допълнение навлизането на роботизирани системи в щанцовъчния отрасъл разкрива множество допълнителни възможности по отношение на производителността и приложенията.

 

Комбинирани системи

Динамичният съвременен пазар в сферата на металообработката задава нови стандарти по отношение на работещите технологии за производство на метални изделия.

Търсят се прости и икономични решения, които същевременно комбинират различни комплексни процеси, позволяват рентабилно серийно производство, високо качество на готовата продукция, а в допълнение – и икономия на пространство в цеха. Производителите все по-често избягват сложни системи, които изискват трудо- и времеемка конфигурация, изморително ръчно зареждане и разтоварване и налагат местене на обработваните заготовки на различни работни станции. Все по търсени стават комбинираните системи за лазерно рязане и щанцоване, които съчетават предимствата на двете технологии, елиминирайки недостатъците им. Доскоро обработката на листов метал налагаше избор между един от двата типа системи, който се определяше до голяма степен от типа метал, неговата дебелина и плътност и необходимото качество и параметри на желаното готово изделие. Въвеждането на лазерните машини в металообработката – първо моделите с CO2 източник, а после тези с фибролазер, първоначално разклати пазара на щанц машини и тази криза трая повече от десетилетие. Но след края на този негативен за продажбите на щанцови преси период последва нов възход на технологията, предимно в съчетание с други обработващи операции като резбонарязване, формоване, огъване, маркиране и др. Комплексното им изпълнение стана възможно благодарение на високоефективните комбинирани обработващи центри с ЦПУ, които са все по-популярни в съвременната практика.

Системите за лазерно рязане и щанцоване, като най-препоръчван от експертите вариант на хибридните решения, се отличават с висока степен на автоматизация, което ги прави все по-предпочитани не само в едри серийни производства, но и в малки и средни предприятия. Тези решения осигуряват на производителите няколко ключови конкурентни предимства, а именно – значително редуциране на експлоатационните разходи, свръхпроизводството и свързаното с него свръхразхищение на ресурси, излишните операции, включително транспортни, а заедно с това – и периода за пазарна реализация на готовата продукция.

Налице е и един сериозен феномен вследствие на комбиниране на лазерните и щанцови технологии – качествено е изменен и самият производствен процес. Той вече се счита за метод, подходящ за изцяло автоматизирано извършване – без човешка намеса, например при аутсорсинг на производства в по-евтини локации без нужда от трансфер на висококвалифицирани кадри. В сравнение с други типове машини за рязане и формоване на метал, хибридните лазерно-щанцови системи се отличават с по-висока скорост и прецизност на работа, а обслужващите операции подлежат на роботизация, която спомага за оптимизиране на разходите и производителността в дългосрочен план.

 

Разходно-ефективни решения

Вместо да залагат на разликите и конкурентните особености при двата метода, хибридните системи с ЦПУ разчитат на тяхната комплементарност или на факта, че могат взаимно да се допълват по разходно-ефективен начин. Така в съответното приложение се прилага лазерно рязане там, където щанцоването би било неудобно или нерентабилно и обратното. С най-високо съотношение между цена и качество тези системи се отличават при дебелини на листовия материал от 1 до 4 мм. В допълнение комбинираната обработка позволява изработката на големи серии от готови продукти с минимална себестойност без необходимост от компромис с качеството.

При машините със сервоуправление вместо с хидравлично задвижване се елиминира нуждата от използване на масла и се редуцира консумацията на енергия с цел оптимизиране на общата производствена ефективност. При по-новите модели на пазара смяната на инструментите е със 70% по-бърза от тази при конвенционалните револверни щанцови машини. Възможността всеки инструмент да се завърта от 0° до 360°, включително тези в мултифункционалните инструментални глави, допълнително оптимизира ефективността.

Най-ефективните системи, предназначени за гъвкаво автоматизирано производство с усъвършенствано качество и надеждност и оптимизирани разходи, използват фибролазери с висока мощност, които позволяват голям работен диапазон по отношение на дебелините на листовия метал. С предимство са моделите с изцяло програмируем софтуер, който прави възможно оптималното персонализиране и адаптиране на приложението според клиентските изисквания. Високата прецизност, надеждност и повторяемост на операциите се гарантират от усъвършенстваната автоматика, елиминираща проблемите и загубите, свързани с риска от умора при оператора и човешката грешка. За максимална ефективност способстват мултифункционалните инструментални глави, които елиминират нуждата от тромава смяна на инструменталната екипировка. Процесът на обработка допълнително се улеснява и оптимизира с помощта на различни автоматични спомагателни системи – конвейерни ленти, манипулатори, магазини за подаване на листов материал и т. н.

 

Възможностите на Industry 4.0

Наред с останалите типове металообработващо оборудване, и щанцовите машини претърпяват своеобразна технологична революция с модернизацията на индустриалното производство през последните години по пътя към повсеместната дигитализация. Industry 4.0 стандартите опосредстват навлизането в щанцовъчния отрасъл на иновативни технологични концепции като роботика, интелигентно машинно зрение, IoT, Big Data, машинно обучение, интерактивен дизайн, виртуално моделиране и т. н.

Сред най-полезните практически нововъведения са решенията за симулация и дигиталните двойници, които позволяват изграждане на виртуални копия на физически производствени машини, механични операции и технологични процеси. Така могат да бъдат разигравани и тествани различни обработващи сценарии с цел откриване на оптималната стратегия за щанцоване при дадени изходни параметри. Могат да бъдат прогнозирани и навременно разрешавани потенциални проблеми от различен характер. С помощта на обикновено Ethernet/IP комуникационен протокол цифровият двойник на една щанцова преса например може да бъде въведен в тестова експлоатация, а с помощта на инструментите на интерактивния дизайн и триизмерната визуализация – да бъдат генерирани най-подходящите ЦПУ програми за обработка за съответното приложение. В резултат цифровото копие на физическия актив изключително точно симулира поведението му при различни работни условия, идентифицирайки наличния потенциал за оптимизация на операциите. Виртуалната симулация на реални процеси е усъвършенствана дотолкова, че е възможно отчитането на различни фактори от реалното физическо поведение на щанц машината, включително топлопренос, ускорения, движения на осите и т. н. Цифровият двойник пък може да бъде свързван с различни физически компоненти и елементи на производствената система (например обслужващ робот), за да се тества съвместната им функционалност при дадени условия.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top