Особенности гибки листового металла на листогибочных прессах.

Существует несколько методов гибки листового металла. В данной статье мы рассмотрим наиболее универсальный и распространенный метод получения трехмерных изделий из листа с помощью гидравлических листогибочных прессов с вертикальной гибочной балкой.

Главные технологические задачи процесса гибки – обеспечение точности угла, радиуса в месте гиба и размера полок детали в пределах заданных допусков. Деталь устанавливается на матрицу и горизонтально позиционируется против упоров, определяя размер полки (рис.1).

Угол гибки обеспечивается глубиной проникновения пуансона в матрицу, который вдавливает в нее заготовку (рис. 2). Радиус определяется радиусом пуансона и расстоянием между кромками матрицы (при ее открытии).

Необходимо понимать, что на параметры гибки, такие как усилие, глубина проникновения пуансона, открытие матрицы и т.д., непосредственно влияют механическиесвойства материала, сто толщина и глубина гиба. Это особенно важно, если свойства и толщина металла имеют большие отклонения даже в одной партии поставки.

Для получения заданного угла и радиуса обычно применяют несколько способов гибки, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. Применительно ко всем методам обеспечения угла и радиуса можно сказать, что важным вопросом является подбор инструмента. Именно форма и размеры наладки «пуансон-матрица» обеспечивают возможность получения различных углов и радиусов на определенных толщинах, размерах полок и длинах гибки наряду с возможностями прессов. Детальное описание каждого способа гибки может быть темой нескольких статей, поэтому мы остановимся на основных моментах двух первых методов: метод гибки в воздухе и адаптивный метод.

Для того, чтобы перейти  к описанию оборудования, применяемого для обеспечения данных процессов, его особенностям, рассмотрим общую конструкцию листогибочных прессов и принципы их работы, оси перемещения и их обозначения (рис.3).
Гидравлический листогибочный пресс состоит из следующих элементов:

• гидравлических цилиндров, которые крепятся к боковым стойкам;
• нижней балки со столом и системой крепления матриц;
• верхней балки с системой крепления пуансонов, прикрепленных к штокам гидроцилиндров;
• системы задних упоров, обеспечивающих базирование заготовки и установленных с задней стороны нижней балки 

Штоки гидроцилиндров сообщают движение верхней балке в вертикальном ноправлении по оси Y, тем самым обеспечивая глубину проникновения пуансона в матрицу. Задние упоры могут перемещаться по трем осям X, R, Z, а именно глубине, высоте относительно линии гиба и вдоль линии гиба соответственно (рис.4).

Ось V определяет величину компенсации прогиба балок пресса. Пресс может быть оборудован устройством передней поддержки листа с возможностью сопровождения его во время гибки, для определения перемещений которой используют ось Т. По оси W определяется перемещение бесконтактного устройства адаптивного контроля угла вдоль линии гиба.

Листогибочные прессы можно разделять на три категории по способам перемещения осей и контролю их позиций:

1.  все оси позиционируются вручную;
2. прессы управляются от ЧПУ;
3. прессы с ЧПУ.

При выборе прессов, относящихся к первым двум категориям, можно утверждать, что предприятие планирует приобрести бюджетное решение своих задач, при этом гибкость, универсальность и скорость перехода от одного изделия к другому не является критерием выбора.

Рассмотрим листогибочные прессы с ЧПУ более подробно, т.к. именно данный вид оборудования вызывает большое количество вопросов в процессе выбора.

Вопрос выбора прессов – важная задача для предприятий. Критерии выбора могут быть самыми разными, исходя из реальных задач производства и размера планируемых инвестиций. Мы рассмотрим данный вопрос только с точки зрения возможностей оборудования. Перемещение верхней балки по оси Y определяется развиваемым усилием, скоростью подхода, рабочего хода и скоростью возврата. Данные параметры влияют в первую очередь на производительность. Точность позиционирования по оси Y – наиболее важный параметр, поскольку она непосредственно влияет на угол гиба. Практически все производители контролируют этот параметр посредством установки оптических линеек на боковых стойках пресса. Точность этого параметра должна быть обеспечена в пределах 0,01 мм, т.к. изменение на эту величину уже создает ошибку в 1* при угле гиба 135* (открытие матрицы 4 мм). Чем больше угол и меньше толщина, тем большее влияние на точность угла оказывает точность позиции по оси Y. Вопрос контроля качества перемещения верхней балки напрямую связан с перемещением штоков левого и правого гидравлического цилиндров. В этом смысле на прессах с ЧПУ различают две оси Y – это Y1 и Y2. Обеспечение синхронизации перемещений и позиционирования – важные задачи производителей прессов. Если присутствует разность позиций, то угол детали по длине гиба будет различным. Также можно программно задать перекос верхней балки, если требуется получить разные углы с левой и правой стороны линии гиба.

Говоря о перемещении и позиционировании верхней балки, необходимо отметить еще две возможности пресса. Во-первых, это время задержки и удержания усилия в нижней точке, которое влияет на фиксацию угла и во многих случаях важно при автоматическом контроле и коррекции угла при при адаптивной гибке. Во-вторых, это компенсация раскрытия боковых стоек пресса во время положения усилия. Практически все производители оборудуют свои станки в базовой комплектации скобами с конечными выключателями для данной коррекции.

Ось V, определяющая компенсацию прогиба балок, обеспечивает постоянство угла по всей длине гиба. Во время приложения усилия верхней балки по осям Y1 и Y2 происходит прогиб верхней и нижней балок от середины к боковым сторонам. В результате получаются разные углы вдоль линии гиба. Для оптимизации этого эффекта производители используют различные системы компенсации прогиба или системы «бомбирования». Клиновая система основана на смещении верхней части стола относительно нижней, где угол клиньев уменьшается от центра стола к его краям (рис.5).

Система волн подобна клиновой, но вместо клиньев используется профиль волны. Предлагается также система вырезов специальной формы в нижней балке, которые призваны компенсировать любые эффекты прогиба балок. Еще один вариант – это система гидравлических цилиндров, встроенных в нижнюю балку.

Системы компенсации прогиба могут быть с ручным выставлением параметров или с управлением от ЧПУ. Системы с ЧПУ дают возможность автоматизировать данный процесс и сохранить в памяти стойкие данные для определенных материалов, толщин, деталей. При длине гибки более 2000 мм использование системы компенсации прогиба – необходимое условие для получения постоянного угла по всей длине детали.

Рассматривая перемещения верхней балки и системы компенсации прогиба балок, мы говорили о позиции нижней точки пуансона. Позиции задних упоров по осям X, R, Z обеспечивают базирование заготовки для определения размеров полок деталей. Выбор конструкции задних упоров и количества ЧПУ управляемых осей зависит от сложности производимых деталей. Для этих целей производители оборудования предлагают множество вариантов. Самый простой – сдвоенное перемещение двух упоров по оси X(X1+X2) и ручное выставление упоров по осям R1, R2 и Z1, Z2. Такая схема упоров эффективна при изготовлении простых деталей, не требующих базирования на высоте. Схема ЧПУ сдвоенного перемещения упоров по X и R с ручным перемещением по Z1, Z2 позволяет автоматически позиционировать упоры, как по глубине, так и по высоте. Другой вариант – добавить ЧПУ перемещение по осям Z1 и  Z2 и при этом исключить потери времени на ручное перемещение упоров вдоль линии гиба. Также есть возможность выбрать ЧПУ перемещение по неполной оси X  или X` одного из упоров и обеспечить возможность базирования заготовки под небольшим углом. Полную универсальность можно получить при использовании независимых двух упоров с перемещением каждого из них по трем осям X1, R1, Z1 и  X2, R2, Z2. Выбор схемы упора зависит от необходимости базирования заготовки под углом либо при выборе независимого перемещения по осям X1, X2.

Любой материал имеет определенный коэффициент пружинения и стремится принять первоначальную форму. При свободной гибке в момент снятия усилия угол открывается и его надо корректировать. Обычно действия оператора при запуске в производство детали состоят из первого гиба, измерения полученного угла, ввода коррекции на разницу в угле, следующего гиба, нового измерения полученного угла и т.д. до получения заданного. Оператор каждый раз вводит коррекцию на изменение позиций осей Y1, Y2 и оси компенсации прогиба балок.

Проблема получения заданного угла гибки с первого раза актуальна и для ее решения существует несколько вариантов. Нужно определить критерии выбора или требования к таким устройствам. Система должна иметь интерфейс с большой скоростью передачи данных с ЧПУ, для того чтобы не замедлять процесс гибки. Кроме того, она должна быть установлена так, чтобы не препятствовать процессу гибки; необходимо обеспечить возможность гиба коротких полок и Z-профилей. Система должна быть функциональной при работе в трудных производственных условиях и не зависеть от точности инструментальной оснастки, так же,  как и от непостоянства качества обрабатываемого металла (изменения толщины, твердости, направления структуры). Производители предлагают несколько решений.

Лазерный контроль угла гибки основан на проекции множества лазерных точек на полку детали и поверхность матрицы (рис.6) посредством камер излучения, установленных с двух сторон нижнего стола. 

Результатом измерения является угол, полученный в режиме реального времени. Измерения передаются в ЧПУ, и угол корректируется автоматически путем изменения позиций Y1, Y2 гидроцилиндров и оси V компенсации прогиба. Устройство имеет возможность перемещения вдоль линии гиба, тем самым обеспечивая измерения в центре и по краям детали. Система работает в двух режимах: контроль угла, исходя из величины пружинения, заложенной в ЧПУ, и измерение пружинения, сохранение данных для дальнейшего использования при производстве деталей из данного матриала.

Есть еще одна система, основанная на использовании механических датчиков,  встроенных в специальные сегменты инструментальной оснастки. Здесь также производятся измерения угла и его коррекция, исходя из данных, полученных со встроенных датчиков. Требуются специальные сегменты инструмента и установка их в местах измерения.
Существует другая система, которая не задействует принцип непосредственного измерения угла в реальном режиме времени, а использует прецизионное измерение давления в гидравлической системе и рассчитывает значение угла, исходя из позиции пуансона в нижней точке.

Отдельного внимания заслуживают тяжелые листогибочные прессы мощностью от 300 т и выше до 3000 – 5000 т и тандемного исполнения листогибочных прессов (рис.8). Производителей таких станков немного, поскольку реализация на этих машинах всех требований, о которых мы говорили выше, задача достаточно сложная. Если требуется обеспечить глубину гибки 10 м и более, обычно выбор останавливают на тандемном использовании прессов. Такое использование подразумевает использование двух прессов, работающих синхронно. При этом прессы могут иметь разную длину гиба и разное усилие. Общее усилие будет рассчитываться исходя из меньшего усилия на метр длины глиба. Преимущества такой схемы состоит в том, что можно использовать прессы как в синхронном режиме работы, так и отдельно каждый станок. При этом инвестиции в тандемное решение (например, два пресса по 6 м усилием по 640 т каждый) меньше, чем в один пресс (с длиной гиба 12 м и усилием 1280 т).

В заключении приведем названия фирм-производителей гидравлических листогибочных прессов, которые работают на рынке России и стран СНГ самостоятельно или через своих дилеров: LVD Company N.V. (Бельгия), Trumpf (Германия), EHT (Германия), Amada (Япония-Франция), Finn-Power (Финляндия), Bystronic (Швейцария), Darley (Голландия), Gasparini (Италия), Vimercati (Италия), Colgar (Италия), Schiavi (Италия), Aliko (Финляндия), Adira (Португалия), Haco (Бельгия), Ermaksan (Турция), Durma (Турция), Baykal (Турция), MVD (Турция).

Информацию об этих компаниях можно найти в интернете, запросить коммерческие предложения, провести сравнение предложений и проконсультироваться с представителями фирм. Надеемся, данная статья поможет Вам провести анализ оборудования по основным критериям и сделать правильный выбор.
 

Владимир Полковников,
Директор Департамента оборудования для обработки
 листового металла, ООО «Вебер Комеханикс»
polkovnikov@weber.ru