Παρασκευή, 29 Μαρτίου, 2024

Μηχανές punching

TOY ΓΙΩΡΓΟΥ ΜΑΛΙΩΤΗ

Η διαχείριση των μεταλλικών φύλλων για την κατασκευή τεμαχίων περιλαμβάνει μια μεγάλη γκάμα κατεργασιών ελασμάτων όπως η κοπή, η κάμψη, ο λυγισμός τους, αλλά και η επιφανειακή τους προστασία. Σε παραγωγικό επίπεδο οι πιο ενδιαφέρουσες κατεργασίες που επιτυγχάνονται με εργαλειομηχανές διαμόρφωσης ελασμάτων είναι κατά πρώτο λόγο η κοπή και κατά δεύτερο ο λυγισμός. Η κατεργασία κοπής των ελασμάτων με τη σειρά της χρησιμοποιεί μια σειρά από διαφορετικές μεθόδους για να αφαιρεί υλικό και να διαμορφώνει κατάλληλα τα ελάσματα.

Αυτές είναι η κοπή με πλάσμα, με οξυγόνο, με δέσμη laser, η υδροκοπή και η απότμηση. Οι τέσσερις πρώτες μέθοδοι έχουν το κοινό χαρακτηριστικό ότι για να λειτουργήσουν αναπτύσσουν τοπικά στα σημεία κοπής υψηλά επίπεδα ενέργειας. Παράλληλα εξασφαλίζουν – άλλη λιγότερο άλλη περισσότερο – μια καλή ποιότητα επιφάνειας ελάσματος στα σημεία κοπής. Η κατεργασία κοπής με απότμηση συνιστά μια «πιο συμβατική» μέθοδο αποβολής υλικού από ένα έλασμα καθώς η αφαίρεση του υλικού γίνεται με τη χρήση εμβόλων και μητρών.

Οι μηχανές διάτρησης ελασμάτων (μηχανές punching) συνιστούν πρέσσες διάτρησης μεταλλικών φύλλων, οι οποίες προσδίδουν μια ποικιλία μορφών στα ελάσματα, έχουν μεγάλη παραγωγική απόδοση και στηρίζονται στη μέθοδο της κοπής ελασμάτων με απότμηση.

Μηχανική της απότμησης

Η απότμηση υλικού από ένα έλασμα συνιστά μια καταπόνηση τοπικού εφελκυσμού του ελάσματος στην οποία αναπτύσσονται διατμητικές τάσεις στο τμήμα του ελάσματος που θα αποβληθεί. Πάνω από την προς κοπή περιοχή βρίσκεται διαταγμένο κατάλληλο έμβολο και κάτω από αυτήν επί της τράπεζας εργασίας βρίσκεται η μήτρα μέσα από την οποία περνάει το έμβολο αφού συμπιέσει το έλασμα στην περιοχή της κοπής και αφαιρέσει το επιθυμητό τμήμα αυτού. Η διαδικασία της απότμησης γίνεται σε περισσότερα του ενός στάδια. Καταρχήν με την κάθοδο του εμβόλου συμπιέζεται το μεταλλικό έλασμα μεταξύ εμβόλου και μήτρας. Στην πρώτη φάση έχουμε εφελκυσμό του αποβαλλόμενου τμήματος η οποία φτάνει μέχρι την πλαστική παραμόρφωσή του.

Στη δεύτερη φάση και όταν η παραμόρφωση υπερβεί κάποιο όριο που συσχετίζεται με τη μηχανικές παραμέτρους του εμβολισμού, τη μηχανική αντοχή του ελάσματος αλλά και τη γεωμετρία εμβόλου και μήτρας έχουμε διακοπή των γραμμών ροής του υλικού του ελάσματος και τοπική θραύση του ελάσματος Η αφαίρεση υλικού ξεκινάει από την πάνω πλευρά του αποκοπτόμενου τμήματος και ολοκληρώνεται στην κάτω πλευρά του. Στο τελευταίο στάδιο έχουμε την απόρριψη του αποκοπέντος τμήματος.

Η βασική μηχανική παράμετρος του εμβολισμού είναι η ταχύτητα καθόδου του εμβόλου που σχετίζεται άμεσα αφενός μεν με την ταχύτητα παραμόρφωσης του ελάσματος, αφετέρου δε με τη δύναμη που ασκείται από το έμβολο στο έλασμα και κατά συνέπεια με την απορροφώμενη κατά την απότμηση μηχανική ισχύ . Πρέπει να σημειωθεί ότι με βάση τη θεωρία αντοχής υλικών η αύξηση της ταχύτητας παραμόρφωσης συνεπάγεται την αύξηση του ορίου διαρροής του υλικού.
Αυτό έχει ως συνέπεια τη μεγέθυνση της πλαστικής περιοχής και τη διακοπή των γραμμών ροής του υλικού σε σημείο μεγαλύτερης παραμόρφωσης τους Συνεπώς η μεγαλύτερη ταχύτητα εμβόλου συνεπάγεται την έναρξη της θραύσης σε χαμηλότερο σημείο του αποκοπτόμενου τμήματος.

Σημαντικό ρόλο παίζει και η γεωμετρία της διάταξης, η οποία καθορίζει μια πολύ σημαντική παράμετρο σχεδιασμού της απότμησης, τη χάρη μεταξύ εμβόλου και μήτρας. Από τη χάρη μεταξύ εμβόλου και μήτρας. εξαρτάται άλλωστε ο λόγος της επιφάνειας της περιοχής όπου γίνεται κοπή προς την επιφάνεια όπου γίνεται θραύση. Αυτός κυμαίνεται μεταξύ 1/3 και 2/3 όταν η χάρη είναι το 1/10 του πάχους του ελάσματος. Όσο μικραίνει η χάρη τόσο ο λόγος αυτός τείνει προς τα 2/3.

Εργαλεία απότμησης

Ο εξοπλισμός μιας διάταξης απότμησης περιλαμβάνει εκτός από το έμβολο και τη μήτρα το συγκρατητή του ελάσματος και το μηχανισμό εξόλκευσης. Πάντως αυτό που χαρακτηρίζει τα εργαλεία των μηχανών punching είναι ότι είναι διαιρούμενα. Επίσης η διάμετρος των εμβόλων είναι κατά κανόνα μικρή και συνήθως δεν ξεπερνάει τα 100mm. Το υλικό κατασκευής τους είναι συνήθως ταχυχάλυβας γιατί έχει μεγάλη αντοχή σε επαναλαμβανόμενες κρούσεις.
Για τη βελτίωση της απόδοσής τους επικαλύπτονται συχνά με κατάλληλα υλικά (π.χ κράμματα του τιτανίου). Πολλές φορές διαμορφώνονται στο κοπτικό μέτωπο υπό γωνία για να μειωθεί τόσο η δύναμη κοπής, όσο και ο παραγόμενος κατά την κρούση θόρυβος.

Αυτό που καθορίζει τον απαιτούμενο για την απότμηση εξοπλισμό είναι η οδήγηση του εμβόλου προς τη μήτρα προκειμένου να επιτευχθεί η εκάστοτε επιθυμητή χάρη μεταξύ αυτών. Έχουμε λοιπόν δύο βασικές περιπτώσεις την απότμηση χωρίς οδήγηση και την απότμηση με οδήγηση.

Στην απότμηση χωρίς οδήγηση που είναι και η απλούστερη των κατεργασιών απότμησης, αλλά δεν επιτυγχάνει ούτε ικανοποιητική ακρίβεια κατεργασίας, ούτε καλή ποιότητα κατεργασμένων επιφανειών η διάταξη απότμησης περιλαμβάνει το έμβολο, τη μήτρα και την πλάκα βάσης. Πρέπει να σημειωθεί ότι στην απότμηση χωρίς οδήγηση για να επιτευχθεί μια σχετικά ικανοποιητική ακρίβεια κοπής απαιτείται ακριβής τοποθέτηση και καλή πρόσδεση των εργαλείων στην τράπεζα εργασίας και μικρός ως μηδενικός τζόγος στην παλινδρόμηση της ωστικής κεφαλής.

Στην απότμηση με οδήγηση έχουμε πολλές περιπτώσεις. Έχουμε εργαλεία απότμησης με πλάκα οδήγησης και με στήλες οδήγησης. Στην πρώτη περίπτωση έχουμε μια πλάκα ικανού πάχους προσαρμοσμένη πάνω στη μήτρα, την οποία διαπερνά μόνιμα το έμβολο ολισθαίνοντας εντός αυτής. Οι διαστάσεις της οπής της πλάκας αυτής είναι ίσες με τις διαστάσεις της οπής της μήτρας μειωμένες κατά τη χάρη μεταξύ εμβόλου και μήτρας. Με τον τρόπο αυτό το έμβολο «κεντράρεται» πριν φτάσει στη μήτρα. Όταν χρησιμοποιούνται στήλες οδήγησης δεν οδηγείται άμεσα το έμβολο αλλά η πλάκα πίεσης. Ένας αριθμός πείρων που είναι πακτωμένοι στην πλευρά της μήτρας ελέγχουν την κίνηση του εμβόλου.

Punching και nibling

Η ακρίβεια της κοπής αποτελούσε πάντα το βασικότερο πρόβλημα των μηχανών
Punching. Παλιότερα το βάρος έπεφτε στο χειριστή και η ποιότητα της κατεργασίας εξαρτιόταν κυρίως από την εμπειρία του. Με τη χρησιμοποίηση συστημάτων CNC σε εργαλειομηχανές punching η ακριβής και αυτοματοποιημένη οδήγηση των εμβόλων επιτυγχάνεται πλέον με έλεγχο των συντεταγμένων κίνησης και με καθοδήγηση αντίστοιχη με αυτήν των κοπτικών εργαλείων στις εργαλειομηχανές διαμόρφωσης τεμαχίων.

Ωστόσο το πιο δύσκολο λειτουργικό σημείο για τις μηχανές punching είναι ο έλεγχος της κάθετης κίνησης του εμβόλου. Η κατακόρυφη αυτή παλινδρομική μετατόπιση επηρεάζεται κι από άλλες παραμέτρους όπως την πίεση κατά την προσέγγιση του ελάσματος, την πίεση εμβολισμού και την επαναφορά του εμβόλου. Οι σύγχρονες μηχανές punching εξοπλισμένες με τελευταίας τεχνολογίας συστήματα ελέγχου κατορθώνουν να κάνουν στα κατεργάσιμα ελάσματα κάθε επιθυμητή διάτρηση, δίνοντας τους οποιαδήποτε επιθυμητή μορφή.

Η πρόκληση που αντιμετωπίζουν σήμερα είναι η αύξηση της παραγωγικότητας τους και για το λόγο έχουν αναπτύξει συστήματα ταχείας φόρτωσης πολλαπλών εργαλείων. Οι μύλοι εργαλείων δίνουν μια καλή απάντηση στο πρόβλημα. Μια δεύτερη πρόκληση που επηρεάζει την ανταγωνιστικότητά τους δεν είναι παραγωγικού χαρακτήρα αλλά εργονομικού και αφορά στη μείωση του θορύβου. Αναφέρθηκαν παραπάνω λύσεις που εφαρμόστηκαν στο επίπεδο του σχεδιασμού των εργαλείων (π.χ λοξό μέτωπο των εμβόλων).

Σήμερα το πρόβλημα προσεγγίζεται με μεγαλύτερη προσοχή με τη χρησιμοποίηση αισθητήρων μέτρησης του θορύβου στις κεφαλές των μηχανών punching και με ειδικό σχεδιασμό που βελτιστοποιεί τις συνθήκες από πλευράς θορύβου στην εκάστοτε κατεργασία.

Μια άλλη κατεργασία που διαμορφώνει σειρά μεγάλου αριθμού οπών πάνω σε ένα έλασμα είναι το Nibling. Η αρχή λειτουργίας είναι επίσης η κοπή ελάσματος με απότμηση. Κατά την κατεργασία αυτή στο περίγραμμα του κατεργαζόμενου τεμαχίου έμβολο κυκλικής διατομής κάνει διαδοχικές οπές σε απόσταση μικρότερη της μιας διαμέτρου η μια από την άλλη. Αυτό επιτυγχάνεται με κατάλληλα προγραμματισμένη οριζόντια κίνηση του ελάσματος επί της τράπεζας εργασίας την ίδια στιγμή που το έμβολο ανεβοκατεβαίνει επί συγκεκριμένης μήτρας.

Προηγούμενο άρθρο
Επόμενο άρθρο
ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ