Введение
Валковая штамповка - это процесс обработки металлов давлением, используемый для получения длинных листовых заготовок постоянного сечения. Это эффективный и экономичный метод производства деталей с неизменной точностью и качеством. Внедрение компьютерного числового программного управления (ЧПУ) еще более расширило возможности и универсальность валковых машин.
Вальцовочные станки с ЧПУ в настоящее время широко используются в различных отраслях промышленности для изготовления металлических деталей различного назначения. В данной статье мы подробно рассмотрим вальцовочную штамповку с ЧПУ и ее широкое применение в различных отраслях производства.
Что такое роликовая формовка с ЧПУ?
Валковая штамповка - это непрерывный процесс гибки, при котором листовой или полосовой металл постепенно формируется в требуемый профиль поперечного сечения через ряд последовательных роликовых станций. По мере прохождения материала через каждый ролик он постепенно приобретает нужную форму.
Вальцевание с ЧПУ - это автоматизация процесса формообразования с помощью компьютерного числового программного управления. Системы ЧПУ контролируют все аспекты работы вальцовочного станка, включая положение роликов, скорость подачи металла и другие параметры. Операторы просто программируют требуемые характеристики в контроллере ЧПУ, и машина автоматически регулирует положение роликов для придания материалу соответствующей формы.
Некоторые основные преимущества роликовой штамповки с ЧПУ:
- Высокая точность и стабильность выпуска. Автоматизация ЧПУ обеспечивает соответствие каждой детали техническим требованиям.
- Гибкое и простое переключение между различными сечениями. Операторы просто загружают новую программу.
- Более высокая пропускная способность и производительность по сравнению с ручной валковой формовкой.
- После первоначальной настройки требуется минимальный контроль со стороны оператора.
- Возможность изготовления сложных профилей, которые было бы трудно получить при ручной валковой формовке.
ЧПУ позволяет обеспечить точность и эффективность вальцовочных станков, превышающие возможности ручных операций. Это привело к широкому внедрению технологии валковой формовки с ЧПУ во многих отраслях промышленности.
Основные области применения роликовой формовки с ЧПУ
Вальцовочные станки с ЧПУ получили широкое распространение в тех отраслях производства, где требуется изготовление длинномерных деталей из листового металла. К числу наиболее распространенных областей применения относятся:
Строительство зданий и сооружений
Валковая штамповка с ЧПУ широко используется для производства металлических стоек, балок, обрешетки, стеновых панелей, кровли, настилов и различных архитектурных облицовок. В строительстве требуются длинные и легкие профили, которые можно эффективно производить массово.
- Металлические шпильки - Несущие элементы каркаса внутренних стен. На линиях с ЧПУ можно изготавливать стальные оцинкованные шпильки различной толщины и длины.
- Кровля и сайдинг - Рулонные металлические панели для кровли, наружных стен и фасадов. Линии с ЧПУ производят длинные листы со специальными ребрами жесткости, обеспечивающими прочность и взаимосвязь.
- Монтажные конструкции для солнечных батарей - Штампованные металлические детали для каркасов солнечных батарей и систем слежения за солнцем. Сложные профили с ЧПУ, необходимые для обеспечения стабильности конструкции.
Транспорт
Производители автомобилей, грузовиков, прицепов и железнодорожных вагонов используют профили, изготовленные методом роликовой формовки, для изготовления каркасов, интерьеров и наружных панелей кузова. Валковая штамповка с ЧПУ позволяет осуществлять крупносерийное производство с высокой точностью.
- Рамы шасси - Боковые балки и поперечины, изготовленные методом прокатки, используются в кузовах грузовых автомобилей и прицепов. ЧПУ позволяет выполнять сложные изгибы.
- Автомобильные панели - Наружные кузовные панели формируются валиком в плавные аэродинамические формы.
- Интерьеры - Для автомобилей и поездов вальцуются внутренние дверные коробки, каркасы сидений и арки крыши.
Приборы
Бытовая техника часто содержит металлические корпуса, каркасы и конструктивные элементы, изготовленные методом роликовой штамповки. Корпуса холодильников, стиральных машин, сушилок, кондиционеров и многих других приборов изготавливаются на валковых линиях с ЧПУ.
- Барабаны стиральных машин - Формованные торцевые крышки и рамы труб сохраняют округлость.
- Вкладыши для холодильников - Внутренние вкладыши из нержавеющей стали имеют точную форму.
- Шасси кондиционера - Конструктивные боковые рамы и нижние панели.
Инфраструктура
В инфраструктурных проектах используются различные виды профилей, от столбов освещения до ограждений. Автоматизация с ЧПУ позволяет серийно производить стабильные элементы уличной мебели.
- Опоры освещения - Валы и кронштейны конических шестов изготовлены из листовой стали.
- Дорожные ограждения - Ограждения и дорожные барьеры из рулонной стали.
- Коммунальные столбы - Опоры линий электропередач и шахты вышек сотовой связи требуют применения угловых профилей.
Мебель
Многие современные мебельные конструкции включают в себя металлические каркасы и конструктивные элементы, которые идеально подходят для роликовой формовки. ЧПУ позволяет изготавливать как длинные, так и короткие партии изделий по индивидуальным заказам.
- Столы - На линиях с ЧПУ производятся прочные стальные ножки столов и конструкционные балки.
- Стулья - Формованные опорные рамы сиденья и спинки для металлических стульев.
- Стеллажи - Несущие стойки и горизонтальные полки.
Основные компоненты линий роликовой формовки с ЧПУ
Система валковой формовки с ЧПУ включает в себя ряд ключевых компонентов, которые совместно обеспечивают придание листовому металлу требуемых форм. Вот некоторые из основных элементов:
Механизм подачи
Механизм подачи обеспечивает последовательную подачу листового или рулонного материала в рулонную форму. Обычно для этого используются прижимные ролики или сервомоторы. Система ЧПУ координирует скорость подачи в соответствии со скоростью формования.
Секция формовки
Секция формовки состоит из ряда роликовых станций, которые постепенно изгибают и придают форму полосе. Современные линии с ЧПУ оснащены роликовыми станциями с сервоприводом, которые могут позиционироваться в цифровом виде для обеспечения точности формовки и быстрой переналадки.
Контроллер ЧПУ
Контроллер ЧПУ выполняет программу формовки валков и координирует все движения и функции станка. Операторы просто вызывают программы для различных деталей или профилей. ЧПУ обеспечивает повторяемость и точность выполнения.
Станция отсечения
На выходе из станка готовые рулонные детали обрезаются прессом или ножницами до нужной длины. Операция отрезания также может быть интегрирована в программу управления ЧПУ.
Подающее оборудование
Столы, конвейеры, системы штабелирования или роботизированные манипуляторы управляют готовыми деталями и собирают их по мере производства. Эта автоматизация может быть интегрирована в общую систему управления ЧПУ.
Защитный кожух
Ограждение по всему периметру и защитные ограждения обеспечивают защиту оператора. Современные системы оснащены блокировками, предотвращающими работу машины без защитных устройств.
Благодаря объединению всех этих элементов под интегрированным управлением ЧПУ современные валковые линии позволяют добиться быстрой переналадки, высокой производительности и точности выпускаемой продукции в условиях неконтролируемого производства.
Преимущества технологии роликовой формовки с ЧПУ
Вальцовочные станки с ЧПУ обладают значительными преимуществами, что объясняет их широкое распространение в производстве:
Повышенная точность и согласованность
С помощью ЧПУ валковые машины производят детали с очень жесткими допусками 0,005 дюйма (0,127 мм) и более. Такая точность обеспечивает стабильность при больших объемах производства.
Гибкая и эффективная переналадка
Операторы могут переходить на новые профили в рулонах за считанные минуты, просто выбирая новые программы. Переналадка оборудования не требуется.
Увеличение пропускной способности
Автоматизация с ЧПУ позволяет рулонным линиям работать с высокой скоростью около 100 футов/мин (30 м/мин) при синхронной подаче материала.
Способность формировать сложные формы
Вальцовочные станции с сервоуправлением позволяют формовать вальцами даже профили сложной формы с многочисленными изгибами по нескольким осям.
Минимальные отходы материалов
Программирование ЧПУ компенсирует отклонение материала, что позволяет получать точные формы с меньшим количеством проб и ошибок и отходов материала.
Снижение трудозатрат
Автоматизированные валковые линии с ЧПУ требуют всего одного-двух операторов для наладки и контроля в процессе производства.
Снижение эксплуатационных расходов
Неизменное качество и высокая производительность при меньших трудозатратах приводят к снижению общей стоимости деталей.
Учитывая все эти преимущества, легко понять, почему валковая штамповка с ЧПУ представляет собой передовую технологию обработки металлов давлением.
Конфигурации рулонных формовочных машин с ЧПУ
Вальцовочные станки с ЧПУ имеют различную конфигурацию для удовлетворения различных производственных потребностей. Ключевыми факторами, определяющими конструкцию станка, являются длина детали, толщина материала и производительность.
Непрерывные и отрезные
Непрерывная рулонная формовка позволяет получать полосу неопределенной длины, наматываемую на приемный барабан. Линии резки на длину срезают готовые детали через заданные интервалы.
Горизонтальная и вертикальная ориентация
Машины с горизонтальной подачей занимают меньше места, а вертикальные машины позволяют подавать материал под действием силы тяжести.
Однопрофильные и многопрофильные
Некоторые линии производят один профиль, в то время как тандемные и модульные машины могут быстро переключаться между различными формами.
In-Line vs Standalone
Поточные машины интегрируются в более крупные производственные системы, а автономные конфигурации обеспечивают гибкость использования.
Возможность работы с тяжелыми грузами
Некоторые валковые линии специализируются на обработке более толстых металлов или нержавеющих сталей, используя более прочные компоненты.
Обладая опытом и знаниями, производители валковых машин могут сконфигурировать линии с ЧПУ, оптимизированные под требования заказчика. Индивидуальные линии обеспечивают оптимальную производительность.
Программирование и настройка
Эффективная работа вальцепрокатного станка с ЧПУ зависит от правильного программирования и настройки. Производители станков предлагают услуги по программированию и варианты программного обеспечения CAD для облегчения этого процесса.
От 3D-модели до машинной программы
Конструкции деталей моделируются в трехмерных САПР, а затем программное обеспечение преобразует геометрию в машинный код для каждого положения ролика.
Калибровка оборудования
Роликовые станции проходят автоматическую процедуру первичной калибровки для совмещения позиций с нулевыми точками и осями ЧПУ.
Свойства материала
Уникальные характеристики материала, такие как модуль упругости, вводятся в программное обеспечение для учета упругости материала.
Оптимизация последовательности формования
Порядок изгибов и форм может быть оптимизирован для исключения дефектов и напряжений материала.
Моделирование и эмуляция
Программирование в автономном режиме позволяет моделировать движения машины и выявлять помехи до начала реального обкатки.
Проектирование оснастки
Для некоторых профилей может потребоваться специализированная оснастка, например, гибочные валки, прессы, направляющие и измерительные приборы.
При правильной подготовке вальцовочные станки с ЧПУ могут точно изготовить новый профиль с первого прохода.
Системы контроля качества
Для использования всего потенциала валковых линий с ЧПУ часто применяются автоматизированные системы контроля качества. К ним относятся:
Контроль усилия поворота сервопривода
Датчики усилия на валах сервопривода обнаруживают колебания, указывающие на дефекты. Система ЧПУ может в режиме реального времени выполнять регулировку или отмечать некачественные детали.
Автоматический контроль размеров
Лазерные или оптические датчики, установленные вдоль линии, контролируют основные размеры и проверяют наличие ошибок формования.
Послепроизводственные испытания манометров
Образцы деталей измеряются по прецизионным датчикам. Автоматические измерительные приборы могут быть интегрированы в производственную линию.
Проверка зрения
Системы машинного зрения проверяют наличие поверхностных дефектов и несоответствий в материале. Автоматизированные системы сортировки отбирают плохие детали.
Сканирование деталей на КИМ
Образцы деталей помещаются в сканер КИМ для проведения 360-градусного анализа размеров. Полученные данные используются для совершенствования технологического процесса.
Современные линии с ЧПУ работают как полностью автоматизированные системы "под ключ" с интегрированной проверкой качества на каждом этапе. Это является вершиной технологии валковой формовки.
Новейшие достижения в области роликовой формовки с ЧПУ
Будучи развивающейся технологией, системы валковой формовки с ЧПУ постоянно включают в себя последние инновации и усовершенствования. К числу современных разработок относятся:
Сервоэлектрический привод
Замена традиционного гидравлического позиционирования роликов на быстрое и точное сервоэлектрическое приведение в действие обеспечивает более высокие скорости и точность.
Оперативная корректировка
Контроль в реальном времени и автоматическая регулировка роликов на лету для компенсации колебаний материала и улучшения консистенции.
Дополнительные функции безопасности
Такие инновации, как многоспектральное 3D-видение, полностью устраняют потенциальные точки контакта благодаря проактивному обнаружению и контролируемому отключению.
Подключенный удаленный доступ
Мониторинг состояния линии и показателей качества деталей в режиме реального времени из любого места. Удаленное внесение корректировок в программу в режиме реального времени.
Быстросменная оснастка
Быстросъемные системы оснастки и тележки для быстрой смены роликов позволяют производить настройку профиля менее чем за 10 минут.
Энергоэффективные "зеленые" машины
Линии нового поколения используют преимущества сервоэлектрического привода, что позволяет снизить энергопотребление и уменьшить воздействие на окружающую среду.
Индивидуальные интеллектуальные фабрики
Полностью адаптированные производственные линии Industry 4.0 объединяют в себе функции сбора данных, подключенных датчиков, аналитики и машинного обучения.
Благодаря постоянным инновациям в области материалов и технологий, системы роликовой формовки с ЧПУ будут продолжать расширять границы и находить новые области применения в производстве.
Сравнение роликовой формовки с другими методами изготовления металла
Несмотря на существенные преимущества роликовой штамповки, она является лишь одним из многих способов обработки металла. К другим распространенным методам обработки относятся:
Штамповка
При штамповке используются прессы и штампы для формования листового металла под высоким давлением. Более низкие объемы из-за более высоких затрат на оснастку.
Гидроформовка
Формование металла в сложные трубчатые и замкнутые формы с использованием жидкости под высоким давлением. Ограниченное количество профильных форм, но идеальное для автомобильных труб и трубок.
Сварка Изготовление
Соединение металлических деталей по швам с помощью дуговой или точечной сварки. Трудоемкая технология.
Формовка тормозов
Гибка листового металла в форме с помощью механического тормозного пресса. Более медленный и требующий больших затрат на оснастку процесс по сравнению с валковой формовкой.
Литье
Заливка расплавленного металла в формы для создания застывших форм. Идеально подходит для изготовления крупносерийных деталей с детальной проработкой, например блоков цилиндров.
Экструзия
Выдавливание металла через штамп для получения отрезков с фиксированным сечением. Ограничивается упрощенными профилями.
Для получения длинных листов металла с открытыми симметричными сечениями валковая штамповка имеет явные преимущества перед другими процессами.
Часто задаваемые вопросы
Какие виды металлов могут быть подвергнуты валковой формовке?
Вальцеванию поддается большинство вязких металлов, включая сталь, нержавеющую сталь, алюминий, медь и латунь. Основным требованием является способность выдерживать изгиб без образования трещин.
Какие примеры конечной продукции можно привести?
Водостоки, кровля, сайдинг, стойки, рельсы, каркасные стойки, автомобильные панели, дорожные знаки, рекламные щиты, стеллажи, ограждения, каркасы солнечных батарей и корпуса светодиодных светильников - вот некоторые примеры конечной продукции, получаемой методом рулонного формования.
Какие толщины металлов могут быть подвергнуты валковой формовке?
Стандартные валковые формовщики обычно могут обрабатывать металл толщиной от 26 калибров (0,017 дюйма) до 14 калибров (0,075 дюйма). На машинах для формирования валков большой толщины возможно также расширение диапазона до 1⁄4 дюйма.
Каким образом можно получить сложные рулонные формы?
Постепенное формообразование материала путем последовательных изгибов в нескольких направлениях, а не всех сразу, позволяет получать даже сложные формы. Конечная форма представляет собой сумму множества мелких постепенных изгибов.
Может ли одна валковая профилегибочная машина изготавливать различные профили?
Некоторые конфигурируемые или модульные станки могут быть оснащены дополнительными комплектами оснастки и программами ЧПУ для быстрой смены профилей. Стандартизованные конструкции также позволяют дооснастить существующие линии новой оснасткой.
Какие объемы производства оптимальны для рулонной штамповки?
При длительных производственных циклах свыше 50 000 погонных метров эффективность валковой формовки с ЧПУ дает наибольшие преимущества. Однако возможно также изготовление коротких прототипов и небольших партий.
Чем отличается валковая штамповка от 3D-печати металлов?
В то время как аддитивное производство позволяет создавать очень сложные разовые формы, роликовая штамповка лучше подходит для массового производства простых длинномерных металлических профилей в диапазоне 1000+ штук. Эти две технологии могут дополнять друг друга.
Вывод
Вальцовочные станки с ЧПУ обеспечивают революционные преимущества для производства металлических деталей с длинными открытыми сечениями. Благодаря непревзойденной эффективности, гибкости, точности и экономичности валковые профилегибочные станки с ЧПУ стали неотъемлемой частью производства в различных отраслях промышленности.
Постоянный прогресс раскрывает еще больший потенциал этой технологии. По мере развития инженерных инноваций системы роликовой формовки с ЧПУ будут находить все большее применение и играть все большую роль в автоматизированных "умных" фабриках будущего. Широкое распространение этой технологии свидетельствует о возможностях, которые она открывает перед производственным сектором.
