Век живи, век учись… Часть I
Что такое бомбирование листогибочного пресса, почему возникает недогиб в центре детали и как системы компенсации прогиба помогают получить одинаковый угол по всей длине гиба
Изучая тематические интернет-форумы и чаты по листообработке, мы обратили внимание на тревожную тенденцию: пользователи регулярно задают важные вопросы, связанные:
- с производством деталей — как, на каком оборудовании и с помощью какого инструмента их изготовить;
- с тем, зачем нужны и как работают те или иные элементы оборудования.
Однако ответы, которые получают пользователи, зачастую содержат ошибки, устаревшую информацию или субъективные мнения других участников форума, основанные не на реальных знаниях, а на домыслах или предположениях.
Ситуация усугубляется тем, что:
- неверные ответы нередко получают лайки и впоследствии воспринимаются как истина;
- опровергнуть ошибочную информацию сложно — она быстро распространяется;
- пользователям зачастую сложно отличить компетентный ответ от недостоверного.
В результате люди принимают решения, опираясь на некорректные данные. Это может привести к нежелательным последствиям — от потери времени до серьёзных ошибок в важных вопросах.
Нам представляется полезным систематизировать достоверную информацию по отдельным вопросам, разобрать типичные заблуждения и дать чёткие, обоснованные ответы на самые распространённые из них. Наша цель — помочь пользователям лучше ориентироваться в потоке информации и принимать взвешенные решения на основе проверенных фактов.
А начать мы бы хотели с, казалось бы, простого вопроса: система «бомбирования» в листогибочном станке — что это такое, как работает и зачем она нужна?
Материал получился объёмным, и для удобства восприятия информации мы решили разбить его на две части.
Физика проблемы: почему и в какую сторону станок прогибается?
В основе классического гибочного станка — станина с двумя боковыми стойками и установленными на них гидроцилиндрами.
Когда листогибиочный пресс начинает работать, правый и левый гидроцилиндры давят на верхнюю балку с двух сторон — по осям Y1 и Y2. При этом давления по центру балки нет, а сопротивление металла приложено там, где лежит деталь, чаще всего в центре.
Когда листогибиочный пресс начинает работать, правый и левый гидроцилиндры давят на верхнюю балку с двух сторон — по осям Y1 и Y2. При этом давления по центру балки нет, а сопротивление металла приложено там, где лежит деталь, чаще всего в центре.
В результате верхняя балка и стол пресса прогибаются, а пуансоны по краям и по центру неравномерно погружаются в матрицу: пуансон в центре не дожимает лист.
Получается, что деталь по краям согнута на нужный угол, а в центре возникает открытый угол — недогиб.
Получается, что деталь по краям согнута на нужный угол, а в центре возникает открытый угол — недогиб.
Величина прогиба описывается классической формулой сопромата для балки на двух опорах с силой посередине:
δ = F·L³/(48·E·I)
где δ — прогиб в центре, F — усилие гиба, L — расстояние между стойками, E — модуль упругости стали, I — момент инерции сечения балки.
Ключевое здесь — кубическая зависимость от длины: удвоив длину станка при той же нагрузке и той же жёсткости сечения, получаем прогиб в 8 раз больше. Именно поэтому бомбирование — это почти всегда вопрос длины. Начиная с длины гиба 1,5 метра наличие системы бомбирования фактически считается необходимым.
Перевод миллиметров прогиба в градусы угла — самая «неудобная» часть физики или геометрии, потому что зависимость нелинейная. Она сильно зависит от раскрытия матрицы V и толщины металла.
При гибке «в свободной точке» угол задаётся глубиной погружения пуансона: чем глубже пуансон вошёл в V-образную матрицу, тем острее угол.
Отсюда правило, которое даёт Скотт Оттенс (Amada): ошибка глубины всего в пару тысячных дюйма (≈0,05 мм) — особенно на тонком металле — может дать градус и более отклонения угла (Canadian Metalworking).
Соответственно, 0,10–0,15 мм прогиба на 100-тонном трёхметровом прессе конвертируются в 1–2° разницы угла между центром и краями, а 0,30–0,50 мм на тяжёлой машине — в 3–5°.
Зависимость от раскрытия матрицы прямая: чем меньше раскрытие V относительно толщины, тем круче «цена» миллиметра глубины в градусах. Именно поэтому на тонком металле и узких матрицах надёжная компенсация прогиба балки имеет критическое значение.
Проблемы на производстве
Классический симптом носит устойчивое название «лодочка» (canoeing, banana effect): готовая деталь, если посмотреть на неё с торца, слегка выгнута — в центре угол раскрыт больше, чем по краям.
Wila описывает его так: «более открытый угол в центре гиба, известный как canoe effect».
Чтобы исправить этот недогиб, необходимо устранить его причину: пуансоны по краям и по центру должны погружаться в матрицу на одинаковую глубину.
Пути решения
Как следует из ранее написанного, на сами пуансоны, находящиеся по центру, и на равномерность глубины их погружения в матрицу по всей длине станка мы влиять не можем. Ну почти не можем. Почему «почти», объясним дальше.
Все методы компенсации неравномерности погружения пуансона в матрицу, как правило, сводятся к одному: у нас остаётся «рычаг влияния» — матрица.
Если мы не можем опустить пуансон, мы должны поднять матрицу.
Наиболее наглядно это продемонстрировано в видеоролике: смотреть.
«Доисторический метод»
До появления систем, управляемых с помощью ЧПУ, проблему решали несколькими способами. Некоторые из них живы до сих пор — найти их можно везде, где стоит старый или дешёвый пресс.
- Первый и древнейший — подкладки. Бумажные или металлические полоски устанавливают под отдельные участки нижнего инструмента, подбирая их методом проб и ошибок. Чтобы этот метод работал, необходим опытный и грамотный оператор, что сегодня — большая редкость. Метод, к сожалению, медленный, неточный и непереносимый между разными деталями. По оценке Wila, подбор подкладок и связанная с ними возня могут съедать до 50% всего полезного времени работы у листогибочного пресса, а это — прямые потери денег и брак.
- Второй способ — фабричная выпуклость стола. До того момента, когда появились регулируемые системы, производители просто прошлифовывали стол с постоянной выпуклостью, компенсировавшей примерно 75% типового прогиба. Но 75% — это далеко не все детали. А что делать с остальными 25%?
И вот, наконец, мы пришли к главному — системе бомбирования.
Система «бомбирования» — это система компенсации прогиба нижнего стола и верхней балки, созданная для того, чтобы выгнуть нижнюю балку в соответствии с прогибом верхней.
Системы бомбирования бывают пассивными и активными.
Активные системы бомбирования, в свою очередь, делятся на:
- гидравлические:
- обычные;
- динамические;
- клиновые:
- ручные;
- автоматические.
В дополнение к ним существуют системы компенсации прогиба с помощью пуансона.
Более подробно о конструктиве и отличиях систем компенсации прогиба балки и стола мы расскажем в следующей статье.
Пассивная система бомбирования
Наиболее яркими представителями этой системы являются станки Amada. Вместо сплошного нижнего стола в столе листогиба Amada выполнены диагональные прорези. Стол «плавает» и естественным образом повторяет прогиб верхней балки — это нерегулируемая, самокомпенсирующаяся система, удешевляющая машину при сохранении приемлемой равномерности угла.
Эта система не является оптимальной, так как точность её работы зависит от длины гиба, длины станка, используемого материала и симметричности установки инструмента относительно центра стола.
Интересным развитием этой системы является решение, реализуемое компанией TRUMPF на станках серий 1000–3000. Здесь аналогичные прорези в нижнем столе для длинных станков дополняются гидроцилиндрами, выгибающими среднюю часть стола вверх.
Такую систему уже не совсем корректно называть пассивной, так как размер выгиба регулируется системой ЧПУ станка. Но базируется это решение именно на пассивной системе бомбирования.
Такую систему уже не совсем корректно называть пассивной, так как размер выгиба регулируется системой ЧПУ станка. Но базируется это решение именно на пассивной системе бомбирования.
В следующей публикации через неделю мы расскажем о современных системах активного бомбирования, об альтернативных методах компенсации прогиба балки и коснёмся экономической составляющей этих решений.
