Taivutusprosessi on metallin muovausoperaatio, joka kohdistaa hallittua voimaa työkappaleeseen, kunnes se muuttaa muotoaan plastisesti muotin, tuurnan tai telan ympärillä ja muuttaa muotoaan leikkaamatta pois materiaalia. Lyhyt vastaus on tämä: taivutus toimii, koska metallissa on elastinen vyöhyke ja plastinen vyöhyke, ja jokainen onnistunut taivutus riippuu materiaalin työntämisestä kimmorajan yli juuri sen verran, että se säilyttää uuden muodon, kun kuorma on poistettu, eli takaisinjousto. Jousitaivutuskone on laite, joka on suunniteltu ohjaamaan tätä tarkkaa siirtymää kierrejousille, vääntöjousille ja lankamuodoille käyttämällä pyöriviä työkaluja, tappeja ja CNC-ohjattuja akseleita saman taivutuksen toistamiseen tuhansia kertoja lähes ilman vaihtelua. Tämän artikkelin loppuosassa kerrotaan, kuinka tämä prosessi itse asiassa tapahtuu tehtaalla, mikä erottaa hyvän joustaivutuskoneen keskinkertaisesta ja kuinka taivutuskulmat pidetään yhtenäisinä koko tuotantojakson ajan.
Taivuttaminen ei ole yksittäinen toimenpide. Se on sarja mekaanisia tapahtumia, jotka tapahtuvat sekunnin murto-osissa, ja kunkin vaiheen ymmärtäminen selittää, miksi jotkut mutkista halkeilevat, jotkut ponnahtavat takaisin liian pitkälle ja jotkut pitävät täydellisen kulman joka kerta.
Kun voimaa kohdistetaan ensimmäisen kerran lankaan tai levyyn, materiaali venyy tai puristuu kimmoisuutensa sisällä. Jos kuorma poistettaisiin tässä vaiheessa, metalli palaisi täysin alkuperäiseen muotoonsa. Pysyvää mutkaa ei ole vielä tapahtunut.
Kun voima kasvaa myötörajan yli, taivutuksen ulompi kuitu venyy pysyvästi sisäkuidun puristuessa kokoon. Tämä on todellinen hetki, jolloin taivutusprosessi luo kestävän muodon , ja neutraali akseli, materiaalin sisällä oleva viiva, joka ei veny eikä puristu, siirtyy hieman kohti sisäsädettä taivutuksen kiristyessä.
Kun työkalut vapauttavat materiaalin, varastoitunut elastinen energia saa mutkan rentoutumaan hieman kohti alkuperäistä muotoaan. Jousitaivutuskone kompensoi tämän ylitaivuttamalla lasketun määrän, yleensä 2-8 astetta riippuen langan halkaisijasta, vetolujuudesta ja lämpökäsittelyolosuhteista.
| Materiaali | Tyypillinen vetolujuus | Keskimääräinen Springback |
|---|---|---|
| Korkeahiilinen jousiteräs | 1900-2200 MPa | 5-8 astetta |
| Ruostumaton teräs 302 tai 304 | 1300-1600 MPa | 3-6 astetta |
| Musiikkilanka ASTM A228 | 2200-2500 MPa | 6-9 astetta |
| Fosforipronssi | 700-900 MPa | 2-4 astetta |
Nykyaikaiset CNC-jousitaivutuskoneet jakavat yhden taivutusjakson toistettavaksi sekvenssiksi. Jokainen vaihe on ohjelmoitu akselin liikkeeksi, ja ohjain synkronoi langansyötön, pyörimisen ja työkalun kytkennän, joten koko sykli valmistuu alle sekunnissa yksinkertaisissa muodoissa.
Kaikissa taivutusoperaatioissa ei käytetä samaa laitteistoa tai samaa fysiikkaa. Ymmärtäminen, mihin jousitaivutuskone sopii suhteessa metallilevyn taivutukseen, auttaa ostajia välttämään väärän työkalun tilaamista työhön.
Puristusjarrun taivutus muodostaa tasaisen levyn tai levyn lävistimen ja muotin väliin, mikä tuottaa yhden suoran taivutuksen iskua kohden. Se sopii paneeleille, kannakkeille ja koteloille lanka- tai pyöreän tangon sijaan.
Rullataivutus kuljettaa materiaalia kolmen tai neljän telan läpi, jolloin muodostuu suuria sädekäyriä, joita käytetään yleisesti sylintereissä, säiliöissä ja rakenteellisissa kaarevissa osissa tiukan tarkkuusgeometrian sijaan.
Pyörivä vetotaivutus kiinnittää putken tai putken kiinteäsäteistä suulaketta vasten ja pyörittää sitä tuon muotin ympäri, mikä tuottaa tiukkoja taivutuksia ja minimaalisen seinämän ohenemisen, jota käytetään laajalti autojen pakokaasujen ja turvahäkkien valmistuksessa.
Jousitaivutuskone, jota joskus kutsutaan CNC-langanmuodostuskoneeksi, käsittelee ohuempaa pyöreää lankamassaa suurilla kierrosnopeuksilla ja tuottaa vääntöjousia, puristusjousikoukkuja, jatkojousisilmukoita ja mukautettuja lankamuotoja, joissa on useita taivutuksia per osa yhden pitkän suoran mutkan sijaan.
Kierrekäämitys kiertää langan kierteisesti tuurnan ympärille puristus- tai jatkojousen rungon muodostamiseksi, ja se yhdistetään usein samassa koneessa tapahtuvaan taivutukseen, kun valmis osa tarvitsee sekä kierretyn rungon että muotoiltuja päätykoukkuja tai -jalkoja. Yhdistelmäkelaus- ja taivutuskoneessa sama langansyöttö- ja oikaisujärjestelmä palvelee molempia toimintoja, erillisellä nousutyökalulla, joka ohjaa kierrekulmaa kelausvaiheen aikana, ennen kuin taivutuspää alkaa muodostaa päitä.
Neljä liukukonetta lisää vaakasuuntaisia muotoilutyökaluja, jotka lähestyvät lankaa useista suunnista. Nämä ovat hyödyllisiä osissa, joissa yhdistyvät taivutus, kelaus ja litistys yhdessä työjaksossa. Nämä koneet sijaitsevat langanmuodostusmonimutkaisuuden yläpäässä ja tyypillisesti oikeuttavat kustannukset vain osille, joilla on monimutkainen geometria ja joita ei voida valmistaa tavallisella kaksiakselisella tai neliakselisella joustaivutuskoneella.
Eri valmistajien teknisiä tietoja ei aina esitetä samalla tavalla, joten se auttaa tietämään tarkalleen, mitkä luvut todella ennustavat todellisen suorituskyvyn sen sijaan, että verrataan vain otsikoita.
| Erittely | Tyypillinen alue | Miksi sillä on merkitystä |
|---|---|---|
| Langan halkaisijaalue | 0,1-8 millimetriä | Määrittää, mitä tuoteperheitä kone voi käyttää ilman koko syöttöpolun uudelleentyökaluja |
| Ohjattujen akselien lukumäärä | 4-12 | Määrittää kuinka monta taivutussuuntaa ja työkaluasemaa voi toimia yhdellä ajolla |
| Suurin syöttönopeus | 200-600 metriä minuutissa | Rajoittaa suoraan teoreettiset osat minuutissa yksinkertaisen geometrian vuoksi |
| Taivuta pään pyörimisnopeus | 300-1000 astetta sekunnissa | Vaikuttaa sykliaikaan osissa, joissa on paljon pieniä mutkia yhden suuren mutkan sijaan |
| Muisti tai ohjelman tallennus | 50-500 tallennettua ohjelmaa | Koskee liikkeitä, joissa on useita eri osanumeroita ja usein vaihdettavia |
| Toista paikannustarkkuus | 0,01 - 0,05 millimetriä | Ennustaa kuinka tiukan mittatoleranssin kone pystyy pitämään pitkällä aikavälillä |
Ostajien, jotka arvioivat jousitaivutuskonetta tietylle osaperheelle, tulee pyytää näyteajo omalle lankaerälleen aina kun mahdollista. Julkaistut tekniset tiedot kuvaavat koneen teoreettista kattoa, mutta todellinen suorituskyky riippuu aina koneen, kuljetettavan langan tietyn metalliseoksen, karkaisun ja kelasarjan sekä kyseiseen työhön valitun työkalun välisestä vuorovaikutuksesta.
Minkä tahansa jousitaivutuskoneen tarkkuus laskee viiteen alijärjestelmään, jotka toimivat koordinoidusti yksittäisen osan sijaan. Heikko lenkki jollakin näistä alueista näkyy välittömästi epäjohdonmukaisina taivutuskulmina tai osan hylkäysnä.
Sama taivutusohjelma tuottaa erilaisia tuloksia eri lankamateriaaleille, koska taivutusprosessia ohjaa yhtä paljon metallurgia kuin koneen geometria. Oikean materiaalin valinta sovellukseen ja materiaalin käyttäytymisen taivutuspään alla ymmärtäminen estää suuren osan tuotantoongelmista ennen niiden alkamista.
Korkeahiilinen jousiteräs tarjoaa korkeimman lujuus-kustannussuhteen tavallisista jousilankamateriaalista, ja se on oletusvalinta yleiskäyttöisiin vääntö-, puristus- ja jatkojousiin. Se vaatii suurempaa taivutusvoimaa ja suurempaa joustovaraa kuin pehmeämmät seokset, ja se hyötyy tyypillisesti jännityksenpoistolämpökäsittelystä muotoilun jälkeen lopullisen muodon vakauttamiseksi.
Ruostumaton teräslanka, yleisimmin luokka 302 tai 304, vaihtaa lujuutta korroosionkestävyyteen, ja se valitaan osiin, jotka ovat alttiina kosteudelle, kemikaaleille tai elintarvikkeiden kanssa kosketuksiin joutuville ympäristöille. Se kovettuu nopeammin kuin hiiliteräs muovauksen aikana, joten taivutussarjat, joissa on useita tiukkasäteisiä taivutuksia samassa paikassa, on ohjelmoitava huolellisesti halkeilun välttämiseksi.
Musiikkilanka, jota kutsutaan myös pianolangaksi, on korkeahiiliterästä, joka on vedetty erittäin tiukkaan halkaisijatoleranssiin ja erittäin korkeaan vetolujuuteen, joten se on materiaalin valinta pienille tarkkuusjousille, joissa tasainen voimantuotto on tärkeämpää kuin raakakoko. Sen suuri lujuus tarkoittaa, että jousitaivutuskoneen on käytettävä enemmän ylitaivutuskompensaatiota osuakseen kohdekulmiin.
Fosforipronssi ja berylliumkupari valitaan, kun sähkönjohtavuutta vaaditaan jousiominaisuuksien ohella, mikä on yleistä elektronisissa kosketinjousissa ja liitinklipsiissä. Nämä materiaalit ovat pehmeämpiä kuin teräslejeeringit, taipuvat pienemmällä voimalla ja niissä on vähemmän joustavuutta, mikä yleensä tekee niistä helpompia pitää tiukan toleranssin päällä, mutta alttiimpia pysyvälle jäykkyydelle jatkuvassa kuormituksessa, jos ne ovat ylikuormitettuja.
Ohjelmointi on siirtynyt menetelmien manuaalisesta opetuksesta kohti CAD-ohjattuja työnkulkuja, ja ohjelmistokerroksella on nyt yhtä suuri rooli tuotannon tehokkuudessa kuin itse mekaanisella laitteistolla.
Vanhimmassa ohjelmointimenetelmässä käyttäjä astuu läpi jokaisen akseliliikkeen koneen ohjauspaneelissa ja tallentaa jokaisen asennon, kun se on varmistettu oikeaksi. Tämä menetelmä toimii yksinkertaisille osille, mutta siitä tulee hidas ja virhealtis, kun taivutusmäärä kasvaa.
Nykyaikainen joustaivutuskoneohjelmisto hyväksyy 2D- tai 3D-piirustuksen valmiista kappaleesta ja laskee automaattisesti akselin liikkeet, taivutusjärjestyksen ja arvioidun syklin ennen kuin ohjelma edes koskettaa fyysistä konetta. Näin suunnittelutiimit voivat validoida suunnittelun ja arvioida työkalutarpeita kuluttamatta työpajan aikaa.
Kehittyneet ohjelmointipaketit simuloivat koko taivutussekvenssiä ohjelmistossa ja merkitsevät kaikki kohdat, joissa lanka, työkalut tai taivutuspään geometria törmää, ennen kuin ohjelma suoritetaan todellisessa koneessa. Tämä vaihe on vähentänyt merkittävästi työkalujen vaurioita ja lyhentänyt asennusaikaa verrattuna puhtaasti manuaaliseen todentamiseen.
Liikkeet, joissa on korkea tuotevalikoima, hyötyvät haettavissa olevasta ohjelmakirjastosta, koska aiemmin validoitu taivutusohjelma voidaan palauttaa sekunneissa sen sijaan, että se ohjelmoidaan uudelleen tyhjästä, mikä lyhentää vaihtoaikaa tunneista minuutteihin toistuvissa tilauksissa.
Prosessin konkreettiseksi tekemiseksi tyypillinen vääntöjousen jalan taivutus kulkee raakalangasta valmiiseen osaan CNC-jousitaivutuskoneessa.
Käyttäjä tai ohjelmoija syöttää jalan pituuden, taivutuskulman, kelan rungon pituuden ja langan halkaisijan CNC-liitäntään joko käsin syöttämällä tai CAD-tuomalla.
Oikea taivutustapin halkaisija valitaan vastaamaan jousen sisähalkaisijaa, koska tappi ohjaa kierretyn rungon ja mahdollisten muodostettujen jalkojen sädettä.
Kone pyörii pienemmällä nopeudella leikkaamatta osia, jotta käyttäjä voi varmistaa, että työstörata tyhjentää kaikki kiinnikkeet ennen täyden tuotantonopeuden alkamista.
Ensimmäinen valmis osa mitataan vetotoleranssia vastaan, tyypillisesti plus tai miinus 2 astetta jalkojen kulmassa ja plus tai miinus 0,1 millimetriä jalkojen pituudessa, ennen kuin juoksu jatkuu.
Kun jousitaivutuskone on hyväksytty, se toimii jatkuvasti ja tuottaa usein 60-200 osaa minuutissa langan halkaisijan ja geometrian monimutkaisuuden mukaan.
| Koneen tyyppi | Toistettavuus | Sopivin volyymi |
|---|---|---|
| Manuaalinen taivutusjigi | Operaattorista riippuvainen | Prototyyppi tai alle 50 kpl |
| Puoliautomaattinen taivutuskone | Kohtalainen, työkalujen hallinnassa | Pieni erä, 50-5000 kappaletta |
| CNC-jousen taivutuskone | Korkea, ohjelmaohjattu | Tuotanto on yli 5000 kappaletta |
Ostajien tulee sovittaa koneen tyyppi todelliseen tilausmäärään sen sijaan, että valitsisivat edistynein vaihtoehdon automaattisesti. CNC-jousitaivutuskone maksaa itsensä takaisin vain, kun vaihtoajan säästöt ja hylkäysasteen pieneneminen kompensoivat korkeammat ennakkokustannukset , jota tyypillisesti tapahtuu jossain 3000-8000 kappaleen välillä osanumeroa kohden riippuen osan monimutkaisuudesta.
Halkeilu tapahtuu, kun taivutussäde on liian tiukka suhteessa langan halkaisijaan tai kun materiaali on työstökarkaistu aikaisemmasta muovauksesta. Taivutussäteen lisääminen tai materiaalin hehkuttaminen ennen taivutusta ratkaisee useimmat halkeiluongelmat.
Kulmapoikkeama tuotantoajon poikki johtuu yleensä taivutustappien kulumisesta, syöttörullan luistamisesta tai tehtaan lämpötilamuutoksista, jotka vaikuttavat materiaalin jäykkyyteen hieman työvuoron aikana.
Pintaarpeutumista ilmaantuu, kun ohjauskanavien tai taivutustappien pinta on epätasainen tai niissä on kertynyt roskia, minkä vuoksi työkalujen rutiinipuhdistus on osa tavallista joustaivutuskoneen huoltoa.
Monimutkaiset monimutkaiset osat voivat vääntyä, jos langanohjaimen tuki ei ole riittävä taivutuksen aikana, joten oikea kiinnitysrakenne ja riittävä ohjauspituus lähellä taivutuskohtaa estävät tämän vian.
Useat ensimmäiset osat kylmäkäynnistyksen jälkeen näyttävät joskus hieman eri kulmia kuin muu ajo, koska työkalujen ja koneen rungon lämpötila ei ole vielä vakiintunut. Lyhyen lämmitysjakson suorittaminen ennen ensimmäistä tuotteen tarkastusta vähentää tätä vaikutusta huomattavasti.
Eri tuotantoeristä toimitettu lanka, jopa samalla nimellisarvolla, voi kantaa hieman erilaista kelasarjaa ja jäännösjännitystä vetoprosessista. Liikkeet, jotka hyväksyvät taivutusohjelmat uudelleen aina kun uusi lankaerä saapuu, huomaavat tämän vaihtelun ennen kuin se saavuttaa asiakkaan.
Jousitaivutuskoneiden luokka on siirtynyt huomattavasti kohti älykkäämpiä, liitetympiä laitteita viime tuotesukupolvien aikana, ja useat trendit ovat yleisiä uusien koneiden hankinnassa valinnaisten päivitysten sijaan.
Tarkoilla taivutusprosesseilla tuotetut muotoiltuja lankoja ja jousikomponentteja esiintyy useilla eri aloilla, usein osissa, joita ei huomata ennen kuin ne epäonnistuvat.
Jousitaivutuskone, joka tuotti osia toleranssin sisällä ensimmäisenä päivänä, ei pysy sellaisena ilman huoltorutiinia. Liikkeet, jotka seuraavat työkalujen kulumista aikataulun mukaisesti sen sijaan, että odottavat hylkyjen ilmestymistä, raportoivat jatkuvasti vähemmän romutettuja osia.
| Komponentti | Tarkastusväli | Tyypillinen kulumismerkki |
|---|---|---|
| Taivuta nastat ja sulkakynät | 50 000 syklin välein | Säteen tasoitus tai pisteytys |
| Oikaisurullat | 100 000 syklin välein | Pinnan uritus tai kuoppaus |
| Syöttörullat | 75 000 syklin välein | Liukastuminen tai heikentynyt pitorakenne |
| Katkaisuterä | 30 000 syklin välein | Purseen muodostuminen leikatussa päässä |
Taivutetun langan tai levyn poikkileikkauksen läpi kulkeva viiva, jossa materiaalia ei venytetä tai puristu taivutuksen aikana.
Kelaan kierrettyyn langaan jäänyt kaarevuus, joka on poistettava suoristusteloilla ennen kuin voidaan tehdä tarkka taivutus.
Jousitaivutuskoneen ylimääräinen kulma ylittää tavoitekulman, jotta voidaan ottaa huomioon takaisinjousto, kun työkalu vapauttaa langan.
Kiinteä tappi tai tanko, jonka ympärille lanka on kierretty tai taivutettu valmiin piirteen sisähalkaisijan määrittämiseksi.
Pyörivä putki tai holkki taivutuspäässä, joka kuljettaa lankaohjain- ja taivutustappikokoonpanoa ohjelmoidun kiertonsa kautta.
Metallin jäykkyyden asteittainen lisääntyminen ja sitkeyden heikkeneminen tapahtuu, kun se muuttuu toistuvasti, mikä voi johtaa halkeiluihin, jos lankaa taivutetaan liian monta kertaa samassa paikassa.
Toissijainen toimenpide, joka joskus suoritetaan samalla jousen taivutuskoneella, joka puristaa tai taivuttaa valmiin jousen hieman sen toiminta-alueen ulkopuolelle vakauttaakseen sen lopullisen vapaan pituuden tai kulman.
Taivutus on tietyntyyppinen muovaus, joka muuttaa muotoa määrättyä linjaa tai akselia pitkin käyttämällä lävistystä, rullaa tai tappia, kun taas muotoilu on laajempi luokka, joka sisältää myös piirtämisen, leimaamisen ja lyöntitoiminnot.
Springback skaalautuu materiaalin myötörajalla jaettuna sen kimmomoduulilla, joten vahvemmat materiaalit, kuten musiikkilanka, joustavat enemmän kuin pehmeämmät seokset, kuten fosforipronssi, samassa taivutuskulmassa.
Yleinen aloitusohje on pienin taivutussäde yhdestä kahteen kertaa langan halkaisija Useimmille jousiteräksille, vaikka kovemmat olosuhteet saattavat vaatia suuremman säteen halkeilun välttämiseksi.
Monet CNC-jousitaivutuskoneet on konfiguroitu erityisesti pyöreitä lankoja varten, mutta litteän langan ja nauhanmuodostuskoneet ovat olemassa toisiinsa liittyvänä mutta erillisenä kategoriana erilaisilla ohjaus- ja rullatyökaluilla.
Hyvin huolletut CNC-jousitaivutuskoneet pitävät tavallisesti kulmatoleranssit plus tai miinus 1–2 astetta ja pituustoleranssit plus tai miinus 0,1 millimetriä vakiolangan halkaisijalla.
Kyllä, ohuempi lanka mahdollistaa yleensä suuremmat syöttönopeudet ja taivutusnopeudet, kun taas paksumpi tai vahvempi lanka vaatii hitaampaa, kontrolloidumpaa taivutusta työkalun jännityksen ja ennenaikaisen kulumisen välttämiseksi.
Yksinkertaiset osat saattavat tarvita vain yhden tai kaksi taivutusta, kun taas moniakselisilla koneilla tuotetut monimutkaiset lankamuodot voivat sisältää viisitoista tai useampia yksittäisiä taivutus-, kela- ja katkaisutoimintoja yhden jatkuvan syklin aikana.
Ei aina, mutta monet korkeahiiliset ja musiikkilangan osat hyötyvät matalan lämpötilan jännityksenpoistosta muovauksen jälkeen, mikä vähentää jäännösjännitystä ja parantaa mittojen vakautta muuttamatta merkittävästi kovuutta.
Tarkkuushäviö johtuu melkein aina työkalujen kulumisesta, syöttörullan luistamisesta tai käyttömekanismin kertyneestä välyksestä, jotka kaikki korjataan tässä artikkelissa aiemmin kuvatuilla ajoitetuilla huoltoväleillä.
Kyllä, useimmat CNC-jousen taivutuskoneet voivat vaihtaa yhteensopivien materiaalien välillä säätämällä syöttövoimaa, oikaisurullan painetta ja ylitaivutuskompensaatioarvoja, vaikka hyvin erilaiset lankojen halkaisijat saattavat vaatia fyysistä työkalun vaihtoa.
Yksinkertaiset osat, joissa on kaksi tai kolme taitetta, voidaan usein ohjelmoida ja validoida yhdessä työvuorossa, kun taas monimutkainen monimutkainen geometria tiukoilla toleransseilla voi kestää useita päiviä ohjelmointia ja ensimmäisen artikkelin iterointia ennen kuin täydellinen tuotanto julkaistaan.
TK-13200, TK-7230 TK-13200、 TK-7230 12-akselinen CNC-JOUSIKELAUSKONEET ...
Katso lisätietoja
TK-13200, TK-7230 TK-13200、 TK-7230 12-akselinen CNC-JOUSIKELAUSKONEET ...
Katso lisätietoja
TK12120 TK-12120 12-AKSEINEN CNC-JOUSIKELAUSKONEET ...
Katso lisätietoja
TK-6160 TK-6160 CNC JOUSIVULSAUSKONEET ...
Katso lisätietoja
TK-6120 TK-6120 CNC JOUSIVULSAUSKONEET ...
Katso lisätietoja
TK-5200 TK-5200 5-AXES CNC-JOUSIKELAUSKONEET ...
Katso lisätietoja
TK-5120 TK-5120 5-AXES CNC-JOUSIKELAUSKONEET ...
Katso lisätietoja
TK TK 10 AXES CNC JOUSIKULLIKONEET ...
Katso lisätietoja