Abbildung 1. Beim CNC-Biegen, allgemein bekannt als Plattenbiegen, wird das Metall festgeklemmt und die oberen und unteren Biegemesser bilden positive und negative Flansche.
Eine typische Blechbearbeitungswerkstatt verfügt möglicherweise über eine Kombination von Biegesystemen. Am gebräuchlichsten sind natürlich Biegemaschinen, aber einige Geschäfte investieren auch in andere Umformsysteme wie Biegen und Plattenfalten. Alle diese Systeme ermöglichen die Herstellung verschiedener Teile ohne den Einsatz spezieller Werkzeuge.
Auch die Blechumformung in der Massenproduktion entwickelt sich weiter. Solche Fabriken sind nicht mehr auf produktspezifische Werkzeuge angewiesen. Sie verfügen jetzt über eine modulare Linie für jeden Umformbedarf, die das Biegen von Platten mit einer Vielzahl automatisierter Formen kombiniert, vom Eckformen bis zum Pressen und Rollbiegen. Fast alle dieser Module verwenden kleine, produktspezifische Tools zur Ausführung ihrer Operationen.
Moderne automatische Blechbiegelinien nutzen das allgemeine Konzept des „Biegens“. Dies liegt daran, dass sie über das sogenannte Plattenbiegen, auch CNC-Biegen genannt, hinaus andere Biegearten anbieten.
Das CNC-Biegen (siehe Abbildungen 1 und 2) bleibt vor allem aufgrund seiner Flexibilität einer der am häufigsten verwendeten Prozesse in automatisierten Produktionslinien. Die Platten werden mithilfe eines Roboterarms (mit charakteristischen „Beinen“, die die Platten halten und bewegen) oder einem speziellen Förderband an ihren Platz gebracht. Förderer funktionieren in der Regel gut, wenn die Bleche zuvor mit Löchern geschnitten wurden, die es dem Roboter erschweren, sie zu bewegen.
Zwei Finger ragen von unten heraus, um das Teil vor dem Biegen zu zentrieren. Danach liegt das Blech unter der Klemme, die das Werkstück absenkt und fixiert. Eine Klinge, die sich von unten krümmt, bewegt sich nach oben und erzeugt eine positive Kurve, und eine Klinge, die sich von oben krümmt, erzeugt eine negative Kurve.
Stellen Sie sich den Bieger als ein großes „C“ mit Ober- und Untermessern an beiden Enden vor. Die maximale Regallänge wird durch den Hals hinter der gebogenen Klinge oder die Rückseite des „C“ bestimmt.
Dieser Vorgang erhöht die Biegegeschwindigkeit. Ein typischer Flansch, positiv oder negativ, kann in einer halben Sekunde geformt werden. Die Bewegung der gebogenen Klinge ist stufenlos variabel, sodass Sie viele Formen kreieren können, von einfach bis unglaublich komplex. Außerdem kann das CNC-Programm den Außenradius der Biegung ändern, indem es die genaue Position der gebogenen Platte ändert. Je näher der Einsatz am Spannwerkzeug liegt, desto kleiner ist der Außenradius des Teils, etwa doppelt so groß wie die Materialstärke.
Diese variable Steuerung sorgt auch für Flexibilität bei der Biegefolge. In einigen Fällen, wenn die endgültige Biegung auf einer Seite negativ (nach unten) ist, kann das Biegemesser entfernt werden und der Fördermechanismus hebt das Werkstück an und transportiert es nach unten.
Das traditionelle Biegen von Platten hat Nachteile, insbesondere wenn es um ästhetisch wichtige Arbeiten geht. Gebogene Klingen neigen dazu, sich so zu bewegen, dass die Klingenspitze während des Biegevorgangs nicht an einer Stelle bleibt. Stattdessen neigt es dazu, leicht zu ziehen, ähnlich wie das Blech während des Biegezyklus einer Abkantpresse entlang des Schulterradius gezogen wird (obwohl beim Biegen von Platten ein Widerstand nur dann auftritt, wenn das Biegemesser und das Teil Punkt-zu-Punkt in Kontakt kommen). der Außenfläche).
Führen Sie eine Rotationsbiegung durch, ähnlich dem Falten auf einer separaten Maschine (siehe Abb. 3). Dabei wird der Biegebalken gedreht, sodass das Werkzeug ständig an einer Stelle der Außenfläche des Werkstücks anliegt. Die meisten modernen automatisierten Schwenkbiegesysteme können so konstruiert werden, dass der Schwenkbalken je nach Anwendung nach oben und unten gebogen werden kann. Das heißt, sie können nach oben gedreht werden, um den positiven Flansch zu bilden, neu positioniert werden, um sich um die neue Achse zu drehen, und dann kann der negative Flansch gebogen werden (und umgekehrt).
Abbildung 2. Anstelle eines herkömmlichen Roboterarms nutzt diese Biegezelle ein spezielles Förderband zur Manipulation des Werkstücks.
Bei einigen Rotationsbiegevorgängen, die als Doppelrotationsbiegen bezeichnet werden, werden zwei Balken verwendet, um spezielle Formen wie Z-Formen zu erzeugen, die abwechselnd positive und negative Biegungen umfassen. Einbalkensysteme können diese Formen durch Drehung falten, der Zugang zu allen Faltlinien erfordert jedoch das Drehen des Blattes. Das Doppelbalken-Pivot-Biegesystem ermöglicht den Zugriff auf alle Biegelinien in einer Z-Biegung, ohne das Blech umzudrehen.
Das Rotationsbiegen hat seine Grenzen. Wenn für eine automatisierte Anwendung sehr komplexe Geometrien erforderlich sind, ist das CNC-Biegen mit stufenlos einstellbarer Bewegung der Biegemesser die beste Wahl.
Das Rotationsknickproblem tritt auch dann auf, wenn der letzte Knick negativ ist. Während sich die Biegemesser beim CNC-Biegen rückwärts und seitwärts bewegen können, können sich die Wendebiegebalken auf diese Weise nicht bewegen. Die letzte negative Biegung erfordert, dass jemand sie körperlich drückt. Während dies in Systemen möglich ist, die menschliches Eingreifen erfordern, ist es auf vollautomatischen Biegelinien oft unpraktisch.
Automatisierte Linien beschränken sich nicht nur auf das Biegen und Falten von Platten – die sogenannten „horizontalen Biegeoptionen“, bei denen die Platte flach bleibt und die Regale nach oben oder unten gefaltet werden. Andere Formverfahren erweitern die Möglichkeiten. Dazu gehören Spezialoperationen, die Abkantpressen und Walzbiegen kombinieren. Dieses Verfahren wurde für die Herstellung von Produkten wie Rollladenkästen erfunden (siehe Abbildungen 4 und 5).
Stellen Sie sich vor, ein Werkstück wird zu einer Biegestation transportiert. Die Finger schieben das Werkstück seitlich über den Bürstentisch und zwischen Oberstempel und Untermatrize. Wie bei anderen automatisierten Biegeprozessen wird das Werkstück zentriert und die Steuerung weiß, wo sich die Faltlinie befindet, sodass kein Hinteranschlag hinter der Matrize erforderlich ist.
Um eine Biegung mit einer Abkantpresse durchzuführen, wird der Stempel in die Matrize abgesenkt, die Biegung durchgeführt und die Finger bewegen das Blech zur nächsten Biegelinie, genau wie ein Bediener es vor der Abkantpresse tun würde. Der Vorgang kann auch ein Schlagbiegen (auch Stufenbiegen genannt) entlang des Radius durchführen, genau wie auf einer herkömmlichen Biegemaschine.
Natürlich hinterlässt das Biegen einer Lippe in einer automatisierten Produktionslinie, genau wie bei einer Abkantpresse, eine Spur der Biegelinie. Bei Biegungen mit großen Radien kann die Verwendung nur der Kollision die Zykluszeit verlängern.
Hier kommt die Rollbiegefunktion ins Spiel. Wenn sich Stempel und Matrize in bestimmten Positionen befinden, verwandelt sich das Werkzeug effektiv in einen Rohrbieger mit drei Rollen. Die Spitze des oberen Stempels ist die obere „Rolle“ und die Laschen der unteren V-Matrize sind die beiden unteren Rollen. Die Finger der Maschine schieben das Blech und erzeugen so einen Radius. Nach dem Biegen und Rollen bewegt sich der obere Stempel nach oben und aus dem Weg, so dass den Fingern Platz bleibt, um das Formteil nach vorne aus dem Arbeitsbereich zu schieben.
Durch Kurven auf automatisierten Systemen können schnell große, weite Kurven entstehen. Für einige Anwendungen gibt es jedoch einen schnelleren Weg. Dies wird als flexibler variabler Radius bezeichnet. Hierbei handelt es sich um ein proprietäres Verfahren, das ursprünglich für Aluminiumkomponenten in der Beleuchtungsindustrie entwickelt wurde (siehe Abbildung 6).
Um eine Vorstellung von dem Vorgang zu bekommen, denken Sie darüber nach, was mit dem Klebeband passiert, wenn Sie es zwischen die Scherenklinge und Ihren Daumen schieben. Er dreht sich. Der gleiche Grundgedanke gilt auch für Biegungen mit variablem Radius: Es genügt eine leichte, sanfte Berührung des Werkzeugs und der Radius wird auf sehr kontrollierte Weise geformt.
Abbildung 3. Beim Biegen oder Falten mit Rotation wird der Biegebalken gedreht, sodass das Werkzeug an einer Stelle der Außenfläche des Blechs in Kontakt bleibt.
Stellen Sie sich einen dünnen Rohling vor, der an Ort und Stelle fixiert ist und auf dessen Unterseite das zu formende Material vollständig abgestützt ist. Das Biegewerkzeug wird abgesenkt, gegen das Material gedrückt und in Richtung des Greifers vorgeschoben, der das Werkstück hält. Die Bewegung des Werkzeugs erzeugt Spannung und bewirkt, dass sich das Metall dahinter um einen bestimmten Radius „verdreht“. Die Kraft des Werkzeugs, die auf das Metall einwirkt, bestimmt die Höhe der induzierten Spannung und den resultierenden Radius. Mit dieser Bewegung kann das Biegesystem mit variablem Radius sehr schnell Biegungen mit großem Radius erzeugen. Und da ein einziges Werkzeug jeden Radius erzeugen kann (die Form wird wiederum durch den Druck bestimmt, den das Werkzeug ausübt, nicht durch die Form), sind für den Prozess keine Spezialwerkzeuge zum Biegen des Produkts erforderlich.
Das Formen von Ecken in Blech stellt eine einzigartige Herausforderung dar. Erfindung eines automatisierten Prozesses für den Markt für Fassaden-(Verkleidungs-)Platten. Dieses Verfahren macht das Schweißen überflüssig und erzeugt schön geschwungene Kanten, was für hohe kosmetische Anforderungen wie Fassaden wichtig ist (siehe Abb. 7).
Sie beginnen mit einer leeren Form, die so ausgeschnitten wird, dass in jede Ecke die gewünschte Menge Material gelegt werden kann. Ein spezielles Biegemodul erzeugt eine Kombination aus scharfen Ecken und glatten Radien in benachbarten Flanschen und sorgt so für eine „Vorbiege“-Erweiterung für die anschließende Eckenformung. Abschließend erstellt ein Eckwerkzeug (integriert in derselben oder einer anderen Arbeitsstation) die Ecken.
Sobald eine automatisierte Produktionslinie installiert ist, wird sie nicht zu einem unbeweglichen Denkmal. Es ist, als würde man mit Legosteinen bauen. Websites können hinzugefügt, neu angeordnet und neu gestaltet werden. Gehen Sie davon aus, dass ein Teil einer Baugruppe zuvor eine sekundäre Schweißung an einer Ecke erforderte. Um die Herstellbarkeit zu verbessern und die Kosten zu senken, verzichteten die Ingenieure auf Schweißnähte und konstruierten Teile mit Nietverbindungen neu. In diesem Fall kann die Faltlinie um eine automatische Nietstation erweitert werden. Und da die Linie modular aufgebaut ist, muss sie nicht komplett demontiert werden. Es ist, als würde man einem größeren Ganzen ein weiteres LEGO-Stück hinzufügen.
All dies macht die Automatisierung weniger riskant. Stellen Sie sich eine Produktionslinie vor, die darauf ausgelegt ist, Dutzende verschiedener Teile nacheinander zu produzieren. Wenn diese Linie produktspezifische Werkzeuge verwendet und sich die Produktlinie ändert, können die Werkzeugkosten angesichts der Komplexität der Linie sehr hoch sein.
Aber mit flexiblen Werkzeugen erfordern neue Produkte möglicherweise einfach, dass Unternehmen Legosteine neu anordnen. Fügen Sie hier einige Blöcke hinzu, ordnen Sie andere dort neu an, und Sie können erneut laufen. Natürlich ist es nicht so einfach, aber die Neukonfiguration der Produktionslinie ist auch keine schwierige Aufgabe.
Lego ist eine treffende Metapher für Autoflex-Linien im Allgemeinen, unabhängig davon, ob es sich um Grundstücke oder Sets handelt. Sie erreichen Produktionsleistungsniveaus beim Gießen mit produktspezifischen Werkzeugen, jedoch ohne produktspezifische Werkzeuge.
Ganze Fabriken sind auf Massenproduktion ausgerichtet und die Umsetzung in eine Vollproduktion ist nicht einfach. Die Neuplanung einer gesamten Anlage kann lange Stillstände erfordern, was für ein Werk, das Hunderttausende oder sogar Millionen Einheiten pro Jahr produziert, kostspielig ist.
Bei einigen groß angelegten Blechbiegevorgängen, insbesondere bei neuen Anlagen, in denen der neue Schiefer verwendet wird, ist es jedoch möglich geworden, große Mengen auf Basis von Bausätzen zu formen. Für die richtige Bewerbung können die Belohnungen enorm sein. Tatsächlich hat ein europäischer Hersteller die Lieferzeiten von 12 Wochen auf einen Tag verkürzt.
Das soll nicht heißen, dass die Umstellung von Batch auf Kit in bestehenden Anlagen keinen Sinn macht. Schließlich wird die Verkürzung der Durchlaufzeiten von Wochen auf Stunden eine enorme Kapitalrendite bringen. Für viele Unternehmen sind die Vorabkosten jedoch möglicherweise zu hoch, um diesen Schritt zu wagen. Bei neuen oder komplett neuen Linien ist die Bausatzfertigung jedoch wirtschaftlich sinnvoll.
Reis. 4 In diesem kombinierten Biegemaschinen- und Rollformmodul kann das Blech zwischen Stempel und Matrize eingelegt und gebogen werden. Im Rollmodus werden Stempel und Matrize so positioniert, dass das Material durchgedrückt werden kann, um einen Radius zu bilden.
Bei der Gestaltung einer großvolumigen Produktionslinie auf Basis von Bausätzen sollten Sie die Zuführmethode sorgfältig berücksichtigen. Biegelinien können so konzipiert werden, dass sie Material direkt von Spulen aufnehmen können. Das Material wird abgewickelt, geglättet, auf Länge geschnitten und durch ein Stanzmodul und anschließend durch verschiedene Formmodule geleitet, die speziell für ein einzelnes Produkt oder eine Produktfamilie konzipiert sind.
Das hört sich alles sehr effizient an – und ist für die Stapelverarbeitung gedacht. Allerdings ist es oft unpraktisch, eine Rollbiegelinie auf Bausatzfertigung umzustellen. Für die sequenzielle Bildung unterschiedlicher Teilesätze sind höchstwahrscheinlich Materialien unterschiedlicher Qualität und Dicke erforderlich, was einen Wechsel der Spulen erforderlich macht. Dies kann zu Ausfallzeiten von bis zu 10 Minuten führen – eine kurze Zeit für die Produktion von großen/kleinen Chargen, aber viel Zeit für eine Hochgeschwindigkeits-Biegelinie.
Eine ähnliche Idee gilt für herkömmliche Stapler, bei denen ein Saugmechanismus einzelne Werkstücke aufnimmt und der Stanz- und Formlinie zuführt. Sie bieten meist nur Platz für eine Werkstückgröße oder vielleicht mehrere Werkstücke unterschiedlicher Geometrie.
Für die meisten bausatzbasierten flexiblen Kabel ist ein Regalsystem am besten geeignet. Der Regalturm kann Dutzende unterschiedlich großer Werkstücke lagern, die je nach Bedarf einzeln der Produktionslinie zugeführt werden können.
Auch die automatisierte Kit-basierte Produktion erfordert zuverlässige Prozesse, insbesondere beim Formen. Jeder, der sich mit dem Blechbiegen beschäftigt hat, weiß, dass die Eigenschaften von Blechen unterschiedlich sind. Die Dicke sowie die Zugfestigkeit und Härte können von Charge zu Charge variieren, wodurch sich die Formeigenschaften ändern.
Bei der automatischen Gruppierung von Faltlinien stellt dies kein großes Problem dar. Produkte und die dazugehörigen Produktionslinien sind in der Regel so konzipiert, dass Materialschwankungen möglich sind, sodass die gesamte Charge innerhalb der Spezifikation liegen muss. Aber manchmal verändert sich das Material so stark, dass die Linie dies nicht ausgleichen kann. Wenn Sie in diesen Fällen 100 Teile schneiden und formen und einige Teile nicht den Spezifikationen entsprechen, können Sie einfach fünf Teile erneut ausführen und in wenigen Minuten haben Sie 100 Teile für den nächsten Arbeitsgang.
In einer automatisierten Biegelinie auf Bausatzbasis muss jedes Teil perfekt sein. Um die Produktivität zu maximieren, arbeiten diese kitbasierten Produktionslinien hochorganisiert. Wenn eine Produktionslinie so konzipiert ist, dass sie nacheinander abläuft, beispielsweise sieben verschiedene Abschnitte, dann läuft die Automatisierung in dieser Reihenfolge vom Anfang bis zum Ende der Linie. Wenn Teil Nr. 7 fehlerhaft ist, können Sie Teil Nr. 7 nicht einfach erneut ausführen, da die Automatisierung nicht für die Verarbeitung dieses einzelnen Teils programmiert ist. Stattdessen müssen Sie die Produktionslinie anhalten und mit Teil Nummer 1 von vorne beginnen.
Um dies zu verhindern, verwendet die automatisierte Faltlinie eine Echtzeit-Laserwinkelmessung, die jeden Faltwinkel schnell überprüft und es der Maschine ermöglicht, Inkonsistenzen zu korrigieren.
Diese Qualitätsprüfung ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Produktionslinie den kitbasierten Prozess unterstützt. Wenn sich der Prozess verbessert, kann eine kitbasierte Produktionslinie viel Zeit sparen, indem die Vorlaufzeiten von Monaten und Wochen auf Stunden oder Tage verkürzt werden.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18. Mai 2023