Автоматизация, робототехника и ГПС кузнечно-штамповочного производства

Лекция № I

1.Структура, средства и классификация методов автоматизации, робототехники и гибких производственных систем, автоматизация и механизация процессов листовой штамповки из непрерывного материала, устройства для размотки, намотки и правки ленты, смазка ленты и разрезка отходов.

Листовая штамповка деталей широко распространена во всех областях металлообработки. При штамповки машинное время весьма мало и составляет от сотых долей секунды до нескольких секунд (обычно < 2 с). Из общего времени цикла работы пресса на формообразование детали расходуется < 15%, остальное время используется на подвод и отвод инструментов (холостой ход), на операции загрузки и выгрузки деталей и на удаление отходов.

Производительность штамповки при ручных приемах подач заготовок зависит в первую очередь от времени, необходимого для их транспортировки, которое в свою очередь отграничено физическими возможностями человека. Поэтому увеличение числа ходов пресса мало влияет на изменение производительности. Основным направлением увеличения производительности следует считать механизацию и автоматизацию транспортировки заготовок, что позволяет не только повысить производительность штамповки, но и освободить человека от значительных физических нагрузок, а также повысить качество изготовления деталей путем стабилизации технологического процесса.

Автоматизация и механизация прессов достигается применением специальных механизмов для подачи заготовок в зону обработки, транспортировки полуфабрикатов по переходам штамповки, автоматизацией удаления отходов, механизацией вспомогательных операций, а также использованием автоматизированных систем оперативного управления технологическими процессами.

В зависимости от конструкции конкретной детали, технологического процесса ее изготовления, необходимой программы выпуска и условий производства могут быть применены различные схемы механизации или автоматизации штамповки.

В понятие механизации технологического процесса штамповки входит ряд технических мероприятий, при выполнении которых обеспечивается изготовление данного вида продукции на прессе с частичным использованием ручного труда рабочего.

При автоматизации все процессы формоизменения и транспортировки детали в процессе обработки происходят без участия человека. В функции оператора входит лишь слежение за правильностью работы механизмов и системы их управления.

Частичная механизация штамповки может заключаться лишь в транспортировке деталей между отдельными прессами либо только в удалении детали из штампа или охватывать какую-то другую одну или несколько вспомогательных операций.

Комплексная механизация охватывает ряд вопросов, касающихся не только основных технологических и транспортных операций, но и вспомогательных. Однако при механизации во всех случаях при изготовлении детали используют ручные приемы труда на том или другом участке технологического процесса.

Аналогично автоматизация может быть частичной, когда автоматизируется работа отдельного пресса или участка штамповки, и комплексной, охватывающей все звенья технологического процесса изготовления данной детали. Резкой границы между комплексной механизацией и автоматизацией штамповки не существует. То есть повышение уровня механизации и автоматизации направлено на постепенное уменьшение доли участия человека в технологическом процессе вплоть до полного его исключения.

Одним из примеров комплексной автоматизации является так называемый штамповочный центр, в который входят: автоматизированный склад материалов; механизмы подачи заготовок и удаления готовых деталей или полуфабрикатов и отходов из зоны обработки; технологическая машина (пресс) с набором сменных инструментов (штампов), хранящихся в автоматизированном складе; автоматизированная система для обработки готовых деталей и отходов с участка штамповки. Все эти участки объединены единой системой управления и регулировки на базе промышленной ЭВМ.

1.1 Механизация и автоматизация листоштамповочного производства

Детали, получаемые холодной листовой штамповкой, изготавливают из металлических и неметаллических материалов. Наиболее широкое распространение получила штамповка деталей из различных сталей особенно низкоуглеродистых.

Штамповку производят на различных прессах универсального или специального назначения. Наибольшее распространение для холодной штамповки получили механические кривошипные прессы: открытые – одно- и двухкривошипные, закрытые – одно-, двух- и четырехкривошипные простого и двойного действия; пресс-автоматы многопизицианные, универсально-гибочные, с нижним приводом, а также специальные (для чистовой вырубки, перфорационные и др.). Прессы для штамповки мелких деталей оснащают различными устройствами для подачи заготовок и удаления готовых деталей из рабочей зоны.

Для изготовления крупных деталей используют поточные механизированные полуавтоматические и автоматические линии в состав которых включают механизмы для загрузки исходной заготовки, удаляющие и транспортирующие устройства. В последнее время все большее применение получают многопозиционные прессы-автоматы с грейферными подачами, которые с точки зрения автоматизации штамповки являются наиболее перспективным оборудованием. На них обрабатывают как мелкие и средние, так и крупные листовые детали.

Универсальные прессы также оснащают грейферными подачами. Несколько прессов образуют автоматическую линию с жесткой связью. Такие системы часто используют для автоматизации действующего оборудования.

Для штамповки мелких деталей в массовом производстве весьма эффективны универсально-гибочные автоматы, а также быстроходные прессы-автоматы для последовательной штамповки в ленте, оснащаемые высокоточными рулоноподающими комплексами. Последовательную штамповку в ленте используют также для средних деталей, имеющих размеры в плане до 500 × 500 мм.

В мелкосерийном производстве находят применение универсальные прессы, оснащенные загрузчиками штучных заготовок или штамповочными роботами с программным управлением.

Кроме механических также имеет место использование гидравлических листоштамповочных прессов. Для них характерно постоянное усилие при любой величине хода, они нечувствительны к перегрузкам и могут быть выполнены с многосторонним приложением усилия для формовки изделий в различных плоскостях. Конструкция гидравлических прессов проста и надежна в работе.

Весьма перспективным является использование для листовой штамповки различных видов высокой энергии: магнитно-импульсные, электрогидравлические, штамповка взрывом.

Такие машины применяют, как правило, для получения деталей из труднодеформируемых материалов (титана и его сплавов, высокоуглеродистых и специальных сталей и сплавов), а также для замены многопереходной штамповки тонких или штамповки с нагревом толстолистовых деталей. Наибольшее распространение эти машины получили в единичном и мелкосерийном производстве. В массовом и серийном производстве листовых деталей наиболее распространены механические кривошипные прессы, а существующая тенденция совершенствования конструкции таких машин обеспечивает достаточно продолжительную перспективу их использования.

Операции листовой штамповки классифицируются на разделительные и формоизменяющие. К разделительным относятся операции: отрезки, обрезки, вырубки, пробивки, вырезки, разрезки и др. Характерная особенность разделительных операций заключается в том, что в процессе их выполнения меняются только геометрические размеры детали в плоскости штамповки без изменения ее пространственной формы. Эти операции, как правило, сопровождаются образованием отхода. К формоизменяющим операциям относятся: вытяжка, правка, гибка, отбортовка, чеканка переходных радиусов и получение рельефов. При этом изменяются геометрические размеры заготовки не только в плоскости, но и в пространстве; отходы здесь не образуются.

Получение заготовок для листовой штамповки осуществляют с помощью разделительных операций; при этом используют следующие технологические процессы: продольную разрезку широкого рулона на ленты требуемой ширины с одновременной сверткой этих лент в новые рулоны, обеспечивающие более экономный расход материала; поперечную разрезку широкого рулона на листовые заготовки прямоугольной или трапециевидной формы, сюда относится и разрезка рулонного ленточного материала на полосовые заготовки; разрезку листового материала на карточки или полосы или разрезку полос на карточки; вырубку фигурных заготовок из листа, полосы или рулонного материала, в том числе многорядную вырубку в шахматном порядке.

Для получения деталей штамповкой применяют следующие основные технологические процессы:

• вырубку за один или несколько переходов в различных штампах, а также на высечных и координатно-револьверных прессах, после этих операций деталь остается плоской;

• штамповку деталей с их формоизменением за одну операцию в гибочных, вытяжных или совмещенных штампах;

• многопозиционную штамповку на многопозиционных прессах-автоматах. Либо в автоматических, механизированных или поточных линиях, либо на отдельных универсальных пресса;

• многопереходную последовательную штамповку деталей в ленте на быстроходных прессах-автоматах и на универсальных прессах с автоматической подачей ленты;

• многорядную последовательную пробивку отверстий в ленте на специальных перфорационных прессах;

• многоинструментальную гибку, формовку и отрезку на универсально-гибочных автоматах.

На практике часто совмещают различные операции в одном штампе, такие как вытяжка с пробивкой отверстий, гибка с отрезкой, пробивка отверстий с разбортовкой, вырубка с вытяжкой и др.

Технологический процесс – это основной фактор, определяющий выбор способов и средств для его механизации и автоматизации.

При разработке механизированного технологического процесса анализируют конструкцию штампуемой детали с точки зрения ее технологичности, определяют вид исходной заготовки с учетом требуемой программы выпуска изделия, способ фиксации детали в штампе, положение детали в штампе до и после завершения технологической операции; намечают способы разделки и удаления отходов, планируют методы и средства для загрузки, удаления, транспортировки детали а также методы складирования и удаления деталей и отходов из пресса.

В общем виде структурная схема механизации или автоматизации изображена на рис 1.1

Структурная схема автоматизации технологической машины

М – исходный материал (заготовка); ПД – механизм подачи; ТМ – технологическая машина; УУД – удаляющее устройство для деталей; УУО – удаляющее устройство для отходов; СД – устройство для накопления (складирования) деталей; СО – устройство для складирования или отвода отходов; СШ – устройство для смены штампов; УТЗ – устройство для перемещения заготовок по позициям штамповки.

Рис. 1.1

Несмотря на многообразие имеющихся целевых механизмов, их можно объединить в определенные группы, обладающие общими признаками, а также принципами расчета и конструирования. Классификация целевых механизмов способствует облегчению и ускорению проектирования новых механизмов, комплексов и линий, рациональному назначению области их использования, а также унификации и нормализации как механизмов. Так и отдельных их узлов и деталей.

По выполняемым технологическим функциям все средства механизации и автоматизации в наиболее общем виде можно разделить на две основные группы (рис.1.2):

• механизмы для основных технологических операций: подачи материала в зону обработки, удаления полуфабрикатов и деталей, межоперационного их перемещения и др.;

• механизмы для выполнения вспомогательных операций: отвода готовых деталей и отходов от технологических машин и штамповочных линий; промежуточного складирования материалов, полуфабрикатов и деталей; облегчения и ускорения наладочных и регулировочных работ.

Классификация средств механизации и автоматизации листовой

ш тамповки

Рис. 1.2

1.2 Обработка рулонного материала

Применение рулонного материала открывает широкие возможности для автоматизации штамповки. Рулонный материал обладает существенными преимуществами перед Исходными заготовками других видов (полосой, листами, штучной заготовкой). Рулон обеспечивает хорошую компактность материала и сохранность формы, как в процессе транспортировки, так и при переработке; не требует операций для разделения заготовок, как при использовании листов или полос; весьма просто решаются вопросы очистки и смазывания материала перед обработкой, его правки и дрессировки, которые могут выполняться непрерывно в процессе подачи материала. Механизмы для размотки и подачи рулонного материала в зону обработки достаточно просты н надежны благодаря непрерывному контакту с подаваемым материалом. Несмотря на то, что штамповка на прессах является прерывистым цикловым технологическим процессом, в котором рабочий ход сменяется холостым (подвод в отвод инструментов, подача материала), использование рулона позволяет применить наиболее производительные машины непрерывного действия для подготовки в подачи исходного материала в зону обработки.

Отмеченные выше свойства рулонного материала определили его широкое применение для холодной листовой штамповки, например, на автомобильных заводах, где -50 % тонколистового материала используют в рулоне. Но следует отметить и обстоятельства, которые сдерживают применение рулонного материала. При получении деталей вытяжкой на прессах двойного действия необходимо предварительное отделение от рулона штучной карточки, которую затем надо дополнительно передать в рабочую зону. Установка рулоноподающего комплекса перед прессом в этом случае нерентабельна, особенно при штамповке крупногабаритных деталей. Часто возникают технические трудности при разделке в автоматическом удалении отходов. Иногда применение рулона нецелесообразно вследствие неэкономичности раскроя материала. Например, при вырубке несимметричных деталей можно получить более рациональный раскрой из волосы с ее переворотом на 180° после прохода первого шага (рис.1.3).

В мелкосерийном и единичном производстве применение рулона для изготовления ленты не всегда эффективно. Детали толщиной>4 мм, как правило, штампуют из штучных заготовок

Варианты раскроя полосового материала

а — двухрядный в полосе; б — однорядный в ленте

Рис.1.3

— полосы или листа, так как материал такой толщины в рулонном виде выпускают в ограниченном количестве. Кроме того, для размотки в подачи толстолистового материала требуются большие мощности, механизмы получаются значительных габаритных размеров, необходимы большие производственные площади.

И все же существенные выгоды от применения рулонного материала, и в первую очередь простота автоматизации штамповки, требуют новых решений, позволяющих широко его использовать. Например, применение многорядной вырубки и многоинструментальная штамповка (двумя или более пуансонами одновременно) позволяют получить рациональный раскрой в рулоне; создание крупных многопозиционных прессов-автоматов для изготовления деталей типа дисков тормозов автомобилей, картеров двигателя, панелей дверей и т. п., повлекло за собой их оснащение соответствующими рулоноподающими механизмами. Для штамповки широкорулонного материала созданы высокоточные механизмы подачи рулона шириной до 2000 мм с шагом подачи до 1500 мм. Все больше используют и тонколистовой рулонный прокат толщиной до 16 мм.

Создание специализированных быстро переналаживаемых линий для разрезки широкого рулона на ленты заданной ширины облегчило использование рулонных заготовок непосредственно на предприятиях-потребителях даже при небольших партиях запуска деталей. Перспектива использования рулонного материала в свою очередь вызывает необходимость постоянного совершенствования и отработки конструкций механизмов для его подготовки и подачи в рабочую зону.