Figura 1. Nella piegatura CNC, comunemente nota come piegatura di pannelli, il metallo viene bloccato in posizione e le lame di piegatura superiore e inferiore formano flange positive e negative.
Una tipica officina di lamiera può avere una combinazione di sistemi di piegatura. Naturalmente le macchine piegatrici sono le più diffuse, ma alcuni negozi stanno investendo anche in altri sistemi di formatura come la piegatura e la piegatura dei pannelli. Tutti questi sistemi facilitano la formazione di varie parti senza l'uso di strumenti specializzati.
Si sta sviluppando anche la formatura della lamiera nella produzione di massa. Tali fabbriche non hanno più bisogno di fare affidamento su strumenti specifici del prodotto. Ora dispongono di una linea modulare per ogni esigenza di formatura, combinando la piegatura dei pannelli con una varietà di forme automatizzate, dalla formatura degli angoli alla pressatura e alla calandratura. Quasi tutti questi moduli utilizzano piccoli strumenti specifici del prodotto per svolgere le proprie operazioni.
Le moderne linee automatiche di piegatura della lamiera utilizzano il concetto generale di “piegatura”. Questo perché offrono diversi tipi di piegatura oltre a quella comunemente definita piegatura di pannelli, nota anche come piegatura CNC.
La piegatura CNC (vedere figure 1 e 2) rimane uno dei processi più comuni sulle linee di produzione automatizzate, principalmente per la sua flessibilità. La movimentazione dei pannelli avviene tramite un braccio robotico (con le caratteristiche “gambe” che trattengono e muovono i pannelli) o uno speciale nastro trasportatore. I trasportatori tendono a funzionare bene se i fogli sono stati precedentemente tagliati con fori, rendendoli difficili da spostare per il robot.
Due dita sporgono dal fondo per centrare la parte prima di piegarla. Successivamente, il foglio viene posizionato sotto la pinza, che abbassa e fissa il pezzo in posizione. Una lama che curva dal basso si muove verso l'alto, creando una curva positiva, mentre una lama che curva dall'alto crea una curva negativa.
Pensa alla piegatrice come a una grande “C” con lame superiore e inferiore su entrambe le estremità. La lunghezza massima del ripiano è determinata dal collo dietro la lama curva o dal retro della “C”.
Questo processo aumenta la velocità di piegatura. Una tipica flangia, positiva o negativa, può essere formata in mezzo secondo. Il movimento della lama curva è infinitamente variabile, consentendo di creare molte forme, da semplici a incredibilmente complesse. Consente inoltre al programma CNC di modificare il raggio esterno della piega modificando la posizione esatta della piastra piegata. Quanto più l'inserto è vicino all'utensile di bloccaggio, tanto più piccolo sarà il raggio esterno del pezzo, pari a circa il doppio dello spessore del materiale.
Questo controllo variabile fornisce anche flessibilità quando si tratta di sequenze di piegatura. In alcuni casi, se la piega finale su un lato è negativa (verso il basso), è possibile rimuovere la lama di piegatura e il meccanismo di trasporto solleva il pezzo e lo trasporta a valle.
La pannellatura tradizionale presenta degli svantaggi, soprattutto quando si tratta di lavori esteticamente importanti. Le lame curve tendono a muoversi in modo tale che la punta della lama non rimanga ferma durante il ciclo di piegatura. Tende invece a trascinarsi leggermente, più o meno allo stesso modo in cui la lamiera viene trascinata lungo il raggio della spalla durante il ciclo di piegatura di una pressa piegatrice (anche se nella piegatura di pannelli la resistenza si verifica solo quando la lama di piegatura e la parte punto a punto entrano in contatto la superficie esterna).
Immettere una piega rotazionale, simile alla piegatura su una macchina separata (vedere fig. 3). Durante questo processo, la trave di piegatura viene ruotata in modo che l'utensile rimanga in costante contatto con un punto sulla superficie esterna del pezzo. La maggior parte dei moderni sistemi di piegatura girevole automatizzati possono essere progettati in modo che la trave girevole possa piegarsi su e giù come richiesto dall'applicazione. Cioè, possono essere ruotati verso l'alto per formare la flangia positiva, riposizionati per ruotare attorno al nuovo asse e quindi piegati la flangia negativa (e viceversa).
Figura 2. Invece di un braccio robotico convenzionale, questa cella di pannellatura utilizza uno speciale nastro trasportatore per manipolare il pezzo.
Alcune operazioni di piegatura a rotazione, note come piegatura a doppia rotazione, utilizzano due travi per creare forme speciali come le forme a Z che includono pieghe positive e negative alternate. I sistemi a raggio singolo possono piegare queste forme utilizzando la rotazione, ma l'accesso a tutte le linee di piegatura richiede la rotazione del foglio. Il sistema di piegatura a perno a doppia trave consente l'accesso a tutte le linee di piegatura in una piegatura a Z senza capovolgere la lamiera.
La flessione rotazionale ha i suoi limiti. Se per un'applicazione automatizzata sono necessarie geometrie molto complesse, la piegatura CNC con movimento delle lame di piegatura regolabile in continuo è la scelta migliore.
Il problema del nodo di rotazione si verifica anche quando l'ultimo nodo è negativo. Mentre le lame di piegatura nella piegatura CNC possono muoversi all'indietro e lateralmente, le travi di piegatura rotanti non possono muoversi in questo modo. La curva negativa finale richiede che qualcuno la spinga fisicamente. Sebbene ciò sia possibile nei sistemi che richiedono l’intervento umano, spesso è poco pratico su linee di piegatura completamente automatizzate.
Le linee automatizzate non si limitano alla piegatura e piegatura dei pannelli, le cosiddette opzioni di “piegatura orizzontale”, dove la lamiera rimane piana e i ripiani vengono piegati verso l’alto o verso il basso. Altri processi di stampaggio ampliano le possibilità. Queste includono operazioni specializzate che combinano presse piegatrici e calandre. Questo processo è stato inventato per la fabbricazione di prodotti come i cassonetti per avvolgibili (vedi figure 4 e 5).
Immagina che un pezzo venga trasportato in una stazione di piegatura. Le dita fanno scorrere il pezzo lateralmente sul piano a spazzole e tra il punzone superiore e la matrice inferiore. Come con altri processi di piegatura automatizzati, il pezzo è centrato e il controller sa dove si trova la linea di piegatura, quindi non è necessario un registro posteriore dietro la matrice.
Per eseguire una piega con una pressa piegatrice, il punzone viene abbassato nella matrice, viene eseguita la piega e le dita fanno avanzare il foglio fino alla linea di piegatura successiva, proprio come farebbe un operatore davanti alla pressa piegatrice. L'operazione può anche eseguire la piegatura ad impatto (nota anche come piegatura a gradini) lungo il raggio, proprio come su una macchina piegatrice convenzionale.
Naturalmente, proprio come una pressa piegatrice, la piegatura di un labbro su una linea di produzione automatizzata lascia una traccia della linea di piegatura. Per le curve con raggi ampi, l'utilizzo della sola collisione può aumentare il tempo del ciclo.
È qui che entra in gioco la funzione di piegatura del rullo. Quando il punzone e la matrice si trovano in determinate posizioni, l'utensile si trasforma effettivamente in una curvatubi a tre rulli. La punta del punzone superiore è il “rullo” superiore e le linguette della matrice a V inferiore sono i due rulli inferiori. Le dita della macchina spingono il foglio creando un raggio. Dopo la piegatura e la laminazione, il punzone superiore si sposta verso l'alto e fuori, lasciando spazio alle dita per spingere la parte stampata in avanti fuori dal raggio di lavoro.
Le curve su sistemi automatizzati possono creare rapidamente curve ampie e larghe. Ma per alcune applicazioni esiste un modo più veloce. Questo si chiama raggio variabile flessibile. Si tratta di un processo proprietario originariamente sviluppato per i componenti in alluminio nel settore dell'illuminazione (vedere Figura 6).
Per avere un'idea del processo, pensa a cosa succede al nastro quando lo fai scorrere tra la lama delle forbici e il pollice. Si contorce. La stessa idea di base si applica alle curvature a raggio variabile, è sufficiente un tocco leggero e delicato dell'utensile e il raggio viene formato in modo molto controllato.
Figura 3. Quando si piega o si piega con rotazione, la trave di piegatura viene ruotata in modo che l'utensile rimanga in contatto con un punto sulla superficie esterna della lamiera.
Immagina un pezzo sottile fissato in posizione con il materiale da modellare completamente supportato al di sotto. L'utensile di piegatura viene abbassato, premuto contro il materiale e fatto avanzare verso la pinza che trattiene il pezzo. Il movimento dell'utensile crea tensione e fa sì che il metallo “ruota” dietro di sé di un certo raggio. La forza dell'utensile che agisce sul metallo determina la quantità di tensione indotta e il raggio risultante. Con questo movimento il sistema di curvatura a raggio variabile è in grado di realizzare curve a raggio ampio in tempi molto rapidi. E poiché un singolo strumento può creare qualsiasi raggio (anche in questo caso, la forma è determinata dalla pressione applicata dallo strumento, non dalla forma), il processo non richiede strumenti speciali per piegare il prodotto.
La modellatura degli angoli in lamiera rappresenta una sfida unica. Invenzione di un processo automatizzato per il mercato dei pannelli per facciate (rivestimenti). Questo processo elimina la necessità di saldature e produce bordi meravigliosamente curvi, il che è importante per elevati requisiti estetici come le facciate (vedi fig. 7).
Si inizia con una forma vuota che viene ritagliata in modo da poter posizionare la quantità di materiale desiderata in ogni angolo. Un modulo di piegatura specializzato crea una combinazione di angoli acuti e raggi lisci nelle flange adiacenti, creando un'espansione "pre-piega" per la successiva formatura degli angoli. Infine, uno strumento di curvatura (integrato nella stessa o in un'altra postazione di lavoro) crea gli angoli.
Una volta installata, una linea di produzione automatizzata non diventerà un monumento inamovibile. È come costruire con i mattoncini Lego. I siti possono essere aggiunti, riorganizzati e ridisegnati. Si supponga che una parte di un assieme richiedesse in precedenza una saldatura secondaria in corrispondenza di un angolo. Per migliorare la producibilità e ridurre i costi, gli ingegneri hanno abbandonato le saldature e ridisegnato le parti con giunti rivettati. In questo caso è possibile aggiungere alla linea di piega una stazione di rivettatura automatica. E poiché la linea è modulare, non è necessario smontarla completamente. È come aggiungere un altro pezzo LEGO a un tutto più grande.
Tutto ciò rende l’automazione meno rischiosa. Immagina una linea di produzione progettata per produrre decine di parti diverse in sequenza. Se questa linea utilizza strumenti specifici del prodotto e la linea di prodotto cambia, i costi degli utensili possono essere molto elevati data la complessità della linea.
Ma con strumenti flessibili, i nuovi prodotti potrebbero semplicemente richiedere alle aziende di riorganizzare i mattoncini Lego. Aggiungi alcuni blocchi qui, riorganizza altri lì e puoi correre di nuovo. Certo, non è così facile, ma riconfigurare la linea di produzione non è nemmeno un compito difficile.
Lego è una metafora adatta per le linee autoflessibili in generale, sia che si tratti di lotti che di set. Raggiungono livelli di prestazioni di colata in linea di produzione con strumenti specifici del prodotto ma senza strumenti specifici del prodotto.
Intere fabbriche sono orientate alla produzione di massa e trasformarle in una produzione completa non è facile. La riprogrammazione di un intero impianto può richiedere lunghi fermi macchina, il che è costoso per un impianto che produce centinaia di migliaia o addirittura milioni di unità all’anno.
Tuttavia, per alcune operazioni di piegatura della lamiera su larga scala, soprattutto per i nuovi impianti che utilizzano la nuova ardesia, è diventato possibile formare grandi volumi sulla base di kit. Per la giusta applicazione, i vantaggi possono essere enormi. Infatti, un produttore europeo ha ridotto i tempi di consegna da 12 settimane a un giorno.
Questo non vuol dire che la conversione da batch a kit non abbia senso negli impianti esistenti. Dopotutto, ridurre i tempi di consegna da settimane a ore garantirà un enorme ritorno sull'investimento. Ma per molte aziende, il costo iniziale potrebbe essere troppo elevato per intraprendere questo passo. Tuttavia, per le linee nuove o completamente nuove, la produzione basata su kit ha senso dal punto di vista economico.
Riso. 4 In questo modulo combinato macchina piegatubi e profilatrice, la lamiera può essere posizionata e piegata tra il punzone e la matrice. Nella modalità di laminazione, il punzone e la matrice sono posizionati in modo che il materiale possa essere spinto attraverso per formare un raggio.
Quando si progetta una linea di produzione ad alto volume basata su kit, considerare attentamente il metodo di alimentazione. Le linee di piegatura possono essere progettate per accettare materiale direttamente dalle bobine. Il materiale verrà svolto, appiattito, tagliato a misura e fatto passare attraverso un modulo di stampaggio e poi attraverso vari moduli di formatura progettati appositamente per un singolo prodotto o famiglia di prodotti.
Sembra tutto molto efficiente ed è per l'elaborazione batch. Tuttavia, spesso non è pratico convertire una linea di piegatura per la produzione di kit. La formazione sequenziale di un diverso insieme di parti richiederà molto probabilmente materiali di diversi gradi e spessori, richiedendo il cambio delle bobine. Ciò può comportare tempi di inattività fino a 10 minuti: un tempo breve per la produzione in lotti elevati/bassi, ma molto tempo per una linea di piegatura ad alta velocità.
Un'idea simile si applica agli impilatori tradizionali, dove un meccanismo di aspirazione preleva i singoli pezzi e li alimenta alla linea di stampaggio e formatura. Di solito hanno spazio solo per una dimensione del pezzo o forse più pezzi con geometrie diverse.
Per la maggior parte dei cavi flessibili basati su kit, è più adatto un sistema di scaffalature. La torre a scaffalature può immagazzinare decine di pezzi di diverse dimensioni, che possono essere immessi nella linea di produzione uno per uno secondo necessità.
Anche la produzione automatizzata basata su kit richiede processi affidabili, soprattutto quando si tratta di stampaggio. Chiunque abbia lavorato nel campo della piegatura della lamiera sa che le proprietà della lamiera sono diverse. Lo spessore, così come la resistenza alla trazione e la durezza, possono variare da lotto a lotto, modificando tutte le caratteristiche di stampaggio.
Questo non è un grosso problema con il raggruppamento automatico delle linee di piegatura. I prodotti e le linee di produzione ad essi associate sono generalmente progettati per consentire variazioni nei materiali, pertanto l'intero lotto deve rientrare nelle specifiche. Ma a volte il materiale cambia a tal punto che la linea non riesce a compensarlo. In questi casi, se stai tagliando e modellando 100 parti e alcune parti non rientrano nelle specifiche, puoi semplicemente eseguire nuovamente cinque parti e in pochi minuti avrai 100 parti per l'operazione successiva.
In una linea di piegatura automatizzata basata su kit, ogni parte deve essere perfetta. Per massimizzare la produttività, queste linee di produzione basate su kit operano in modo altamente organizzato. Se una linea di produzione è progettata per funzionare in sequenza, ad esempio sette sezioni diverse, l'automazione funzionerà in quella sequenza, dall'inizio alla fine della linea. Se la Parte n. 7 è difettosa, non puoi semplicemente eseguirla di nuovo perché l'automazione non è programmata per gestire quella singola parte. È invece necessario interrompere la linea e ricominciare con la parte numero 1.
Per evitare ciò, la linea di piega automatizzata utilizza la misurazione dell'angolo laser in tempo reale che controlla rapidamente ogni angolo di piega, consentendo alla macchina di correggere le incongruenze.
Questo controllo di qualità è fondamentale per garantire che la linea di produzione supporti il processo basato su kit. Man mano che il processo migliora, una linea di produzione basata su kit può far risparmiare molto tempo riducendo i tempi di consegna da mesi e settimane a ore o giorni.
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Orario di pubblicazione: 18 maggio 2023