Nutzen Sie das Potenzial der automatisierten Rohrendenumformung

Die Endenformmaschine mit mehreren Stationen schließt ihren Zyklus ab, um eine geschlossene Schweißnaht am Ende des Kupferrohrs zu bilden.
Stellen Sie sich einen Wertstrom vor, in dem Rohre geschnitten und gebogen werden.In einem anderen Bereich des Werks werden die Ringe und andere bearbeitete Teile bearbeitet und dann zur Montage zum Löten oder anderweitigen Anbringen an den Enden der Rohre verschickt.Stellen Sie sich nun denselben Wertstrom vor, diesmal in finaler Form.In diesem Fall vergrößert oder verkleinert das Formen der Enden nicht nur den Durchmesser des Rohrendes, sondern erzeugt auch eine Vielzahl anderer Formen, von komplexen Rillen bis hin zu Wirbeln, die die zuvor festgelöteten Ringe nachbilden.
Im Bereich der Rohrproduktion hat sich die Technologie der Endenumformung schrittweise weiterentwickelt und die Produktionstechnologien haben zwei Automatisierungsstufen in den Prozess eingeführt.Erstens können Vorgänge mehrere Schritte der präzisen Endenformung innerhalb desselben Arbeitsbereichs kombinieren – tatsächlich in einer fertigen Anlage.Zweitens wurde diese komplexe Endformung in andere Rohrherstellungsprozesse wie Schneiden und Biegen integriert.
Die meisten Anwendungen im Zusammenhang mit dieser Art der automatisierten Endenumformung liegen in der Herstellung von Präzisionsrohren (oft Kupfer, Aluminium oder Edelstahl) in Branchen wie der Automobil- und Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik.Hier werden durch das Formen der Enden mechanische Verbindungen überflüssig gemacht, die dichte Verbindungen für den Luft- oder Flüssigkeitsstrom bereitstellen sollen.Dieses Rohr hat typischerweise einen Außendurchmesser von 1,5 Zoll oder weniger.
Einige der fortschrittlichsten automatisierten Zellen beginnen mit Rohren mit kleinem Durchmesser, die in Spulen geliefert werden.Es durchläuft zunächst eine Richtmaschine und wird dann auf Länge geschnitten.Anschließend transportiert der Roboter oder das mechanische Gerät das Werkstück zum endgültigen Formen und Biegen.Die Reihenfolge des Erscheinens hängt von den Anforderungen der Anwendung ab, einschließlich des Abstands zwischen der Biegung und der endgültigen Form selbst.Manchmal kann ein Roboter ein einzelnes Werkstück vom Ende zum Biegen und zurück zur Endform bewegen, wenn die Anwendung ein an beiden Enden geformtes Rohr erfordert.
Die Anzahl der Produktionsschritte, zu denen auch einige hochwertige Systeme zur Rohrendenumformung gehören können, macht diesen Zelltyp produktiver.In einigen Systemen durchläuft das Rohr acht Endformstationen.Der Entwurf einer solchen Anlage beginnt mit dem Verständnis, was mit moderner Endformung erreicht werden kann.
Es gibt verschiedene Arten von Präzisions-Endenformwerkzeugen.Locher sind „harte Werkzeuge“, die das Rohrende formen und das Rohrende auf den gewünschten Durchmesser verkleinern oder aufweiten.Rotierende Werkzeuge fasen das Rohr an oder ragen daraus hervor, um eine gratfreie Oberfläche und ein gleichmäßiges Finish zu gewährleisten.Andere rotierende Werkzeuge führen den Walzvorgang durch, um Rillen, Kerben und andere Geometrien zu erzeugen (siehe Abbildung 1).
Die Endformungssequenz kann mit dem Anfasen beginnen, das für eine saubere Oberfläche und eine gleichmäßige Überstandslänge zwischen der Klemme und dem Rohrende sorgt.Der Stanzstempel führt dann den Crimpvorgang durch (siehe Abbildung 2), indem er das Rohr ausdehnt und zusammenzieht, wodurch das überschüssige Material einen Ring um den Außendurchmesser (OD) bildet.Abhängig von der Geometrie können andere Stanzstempel Widerhaken entlang des Außendurchmessers des Rohrs einbringen (dies hilft, den Schlauch am Rohr zu befestigen).Das rotierende Werkzeug kann einen Teil des Außendurchmessers durchschneiden und dann das Werkzeug, das das Gewinde an der Oberfläche schneidet.
Die genaue Reihenfolge der verwendeten Werkzeuge und Verfahren hängt von der Anwendung ab.Bei acht Stationen im Arbeitsbereich eines Endformers kann der Ablauf recht umfangreich sein.Beispielsweise formt eine Reihe von Strichen nach und nach einen Grat am Ende des Rohrs, ein Strich weitet das Ende des Schlauchs auf und dann drücken zwei weitere Striche das Ende zusammen, um einen Grat zu bilden.Durch die Durchführung des Vorgangs in drei Schritten können Sie in vielen Fällen Perlen von höherer Qualität erhalten, und das Endformungssystem mit mehreren Positionen ermöglicht diesen sequentiellen Vorgang.
Das Endenformprogramm sequenziert die Vorgänge für optimale Genauigkeit und Wiederholbarkeit.Die neuesten vollelektrischen Endenformer können die Position ihrer Matrizen präzise steuern.Aber neben dem Anfasen und Gewindeschneiden sind die meisten Bearbeitungsschritte für die Stirnfläche formgebende Verfahren.Wie sich Metall formt, hängt von der Art und Qualität des Materials ab.
Betrachten Sie den Sickenvorgang noch einmal (siehe Abbildung 3).Wie eine geschlossene Kante im Blech weist eine geschlossene Kante beim Formen der Enden keine Lücken auf.Dadurch kann der Stempel die Perlen genau an der richtigen Stelle formen.Tatsächlich „durchsticht“ der Stempel eine Perle einer bestimmten Form.Wie wäre es mit einer offenen Sicke, die einer freiliegenden Blechkante ähnelt?Der Spalt in der Mitte der Raupe kann bei manchen Anwendungen zu Reproduzierbarkeitsproblemen führen – zumindest wenn er genauso geformt ist wie die geschlossene Raupe.Gesenkstempel können offene Wülste formen, aber da es nichts gibt, was den Wulst am Innendurchmesser (Innendurchmesser) des Rohrs stützt, kann ein Wulst eine etwas andere Geometrie haben als der nächste, dieser Toleranzunterschied kann akzeptabel sein oder auch nicht.
In den meisten Fällen können Endrahmen mit mehreren Stationen einen anderen Ansatz verfolgen.Der Stanzstempel weitet zunächst den Innendurchmesser des Rohres auf, wodurch ein wellenförmiger Rohling im Material entsteht.Anschließend wird ein Drei-Rollen-Endenformwerkzeug mit der gewünschten negativen Wulstform um den Außendurchmesser des Rohrs geklemmt und die Wulst gerollt.
Präzisions-Endformer können eine Vielzahl von Formen erzeugen, auch asymmetrische.Die Endformung hat jedoch ihre Grenzen, die größtenteils mit der Formung des Materials zusammenhängen.Materialien können nur einem bestimmten Prozentsatz der Verformung standhalten.
Die Wärmebehandlung der Stempeloberfläche hängt von der Art des Materials ab, aus dem die Struktur besteht.Ihre Konstruktion und Oberflächenbehandlung berücksichtigen die unterschiedlichen Reibungsgrade und andere vom Material abhängige endgültige Umformparameter.Stempel, die für die Bearbeitung der Enden von Edelstahlrohren bestimmt sind, haben andere Eigenschaften als Stempel, die für die Bearbeitung der Enden von Aluminiumrohren bestimmt sind.
Unterschiedliche Materialien erfordern auch unterschiedliche Arten von Schmiermitteln.Für härtere Materialien wie Edelstahl kann ein dickeres Mineralöl verwendet werden, und für Aluminium oder Kupfer kann ein ungiftiges Öl verwendet werden.Auch die Schmiermethoden variieren.Bei rotierenden Schneid- und Walzprozessen kommt üblicherweise Ölnebel zum Einsatz, während beim Stanzen Strahl- oder Ölnebelschmiermittel zum Einsatz kommen können.Bei einigen Stempeln fließt das Öl direkt vom Stempel in den Innendurchmesser des Rohrs.
Endformer mit mehreren Positionen verfügen über unterschiedliche Einstech- und Klemmkräfte.Unter sonst gleichen Bedingungen erfordert stärkerer Edelstahl eine höhere Spann- und Stanzkraft als weiches Aluminium.
Wenn Sie eine Nahaufnahme der Rohrendenformung betrachten, können Sie sehen, wie die Maschine das Rohr vorschiebt, bevor es von den Klammern an Ort und Stelle gehalten wird.Die Aufrechterhaltung eines konstanten Überhangs, d. h. der Länge des Metalls, die über die Vorrichtung hinausragt, ist von entscheidender Bedeutung.Bei geraden Rohren, die bis zu bestimmten Haltestellen bewegt werden können, ist die Aufrechterhaltung dieser Kante nicht schwierig.
Bei der Verblendung eines vorgebogenen Rohres ändert sich die Situation (siehe Abb. 4).Durch den Biegevorgang kann sich das Rohr geringfügig verlängern, wodurch eine weitere Dimensionsvariable entsteht.Bei diesen Einstellungen schneiden und reinigen Orbitalschneid- und Planfräswerkzeuge das Rohrende, um sicherzustellen, dass es genau dort ist, wo es programmiert sein sollte.
Es stellt sich die Frage, warum nach dem Biegen ein Rohr entsteht?Es hat mit Werkzeugen und Jobs zu tun.In vielen Fällen wird die endgültige Schablone so nah an der Biegung selbst platziert, dass keine geraden Abschnitte übrig bleiben, die das Abkantwerkzeug während des Biegezyklus aufnehmen kann.In diesen Fällen ist es viel einfacher, das Rohr zu biegen und der Endumformung zuzuführen, wo es in Klammern entsprechend dem Biegeradius gehalten wird.Von dort aus schneidet der Endformer überschüssiges Material ab und erstellt dann die gewünschte endgültige Formgeometrie (ebenfalls sehr nahe an der Biegung am Ende).
In anderen Fällen kann das Formen des Endes vor dem Biegen den Rotationsziehvorgang erschweren, insbesondere wenn die Form des Endes mit dem Biegewerkzeug in Konflikt steht.Wenn Sie beispielsweise ein Rohr für eine Biegung festklemmen, kann dies zu einer Verformung der zuvor erstellten Endform führen.Das Erstellen von Biegeeinstellungen, die die endgültige Formgeometrie nicht beschädigen, ist am Ende mehr Aufwand als es wert ist.In diesen Fällen ist es einfacher und kostengünstiger, das Rohr nach dem Biegen umzuformen.
Endformungszellen können viele andere Rohrherstellungsprozesse umfassen (siehe Abbildung 5).Einige Systeme verwenden sowohl Biegen als auch Endenformen. Dies ist eine häufige Kombination, wenn man bedenkt, wie eng die beiden Prozesse miteinander verbunden sind.Einige Arbeitsgänge beginnen mit der Formung des Endes eines geraden Rohrs, fahren dann mit dem Biegen mit Drehzug fort, um Radien zu formen, und kehren dann zur Endenformmaschine zurück, um das andere Ende des Rohrs zu bearbeiten.
Reis.2. Diese Endrollen werden auf einem Kantenschneider mit mehreren Stationen hergestellt, wobei ein Stanzstempel den Innendurchmesser erweitert und ein anderer das Material zu einer Raupe zusammendrückt.
In diesem Fall steuert die Sequenz die Prozessvariable.Da beispielsweise der zweite Endumformvorgang nach dem Biegen erfolgt, sorgen die Schienenschneid- und Endbeschnittvorgänge auf der Endumformmaschine für einen konstanten Überhang und eine bessere Qualität der Endform.Je homogener das Material ist, desto reproduzierbarer ist der endgültige Formprozess.
Unabhängig von der Kombination von Prozessen, die in einer automatisierten Zelle verwendet werden – sei es das Biegen und Formen der Enden oder ein Aufbau, der mit dem Verdrehen des Rohrs beginnt – hängt die Art und Weise, wie das Rohr die verschiedenen Phasen durchläuft, von den Anforderungen der Anwendung ab.Bei einigen Systemen wird das Rohr direkt von der Rolle durch das Ausrichtungssystem in die Spannzangen des Rotationsbiegers geführt.Diese Klemmen halten das Rohr fest, während das Endformungssystem in Position gebracht wird.Sobald die Endenformanlage ihren Zyklus beendet hat, startet die Rundbiegemaschine.Nach dem Biegen schneidet das Werkzeug das fertige Werkstück.Das System kann so konzipiert werden, dass es mit unterschiedlichen Durchmessern arbeitet, wobei spezielle Stanzmatrizen im Endformer und gestapelte Werkzeuge in Links- und Rechtsdrehbiegemaschinen verwendet werden.
Wenn die Biegeanwendung jedoch die Verwendung eines Kugelzapfens im Innendurchmesser des Rohrs erfordert, funktioniert die Einstellung nicht, da das dem Biegeprozess zugeführte Rohr direkt von der Spule kommt.Diese Anordnung ist auch nicht für Rohre geeignet, bei denen an beiden Enden eine Form erforderlich ist.
In diesen Fällen kann ein Gerät mit einer Kombination aus mechanischer Übertragung und Robotik ausreichend sein.Beispielsweise kann ein Rohr abgewickelt, flachgedrückt und geschnitten werden, und dann legt der Roboter das geschnittene Stück in einen Rotationsbieger, in den Kugeldorne eingesetzt werden können, um eine Verformung der Rohrwand beim Biegen zu verhindern.Von dort aus kann der Roboter das gebogene Rohr in den Endformer bewegen.Natürlich kann sich die Reihenfolge der Vorgänge je nach den Anforderungen des Auftrags ändern.
Solche Systeme können für die Massenproduktion oder die Verarbeitung in kleinem Maßstab verwendet werden, beispielsweise 5 Teile einer Form, 10 Teile einer anderen Form und 200 Teile einer anderen Form.Auch die Gestaltung der Maschine kann je nach Arbeitsablauf variieren, insbesondere wenn es darum geht, Vorrichtungen zu positionieren und die notwendigen Freiräume für verschiedene Werkstücke bereitzustellen (siehe Abb. 6).Beispielsweise müssen die Befestigungsklammern im Endprofil, das den Winkel aufnimmt, genügend Spiel haben, um den Winkel jederzeit an Ort und Stelle zu halten.
Die richtige Reihenfolge ermöglicht parallele Vorgänge.Beispielsweise kann ein Roboter ein Rohr in einen Endformer legen und dann, wenn der Endformer rotiert, ein weiteres Rohr in einen Rotationsbieger einführen.
Für neu installierte Systeme installieren Programmierer Arbeitsportfolio-Vorlagen.Beim Endformen kann dies Details wie die Vorschubgeschwindigkeit des Stempelhubs, die Mitte zwischen Stempel und Walzenspalt oder die Anzahl der Umdrehungen für den Walzvorgang umfassen.Sobald diese Vorlagen jedoch vorhanden sind, ist die Programmierung schnell und einfach, da der Programmierer die Reihenfolge anpasst und die Parameter zunächst so einstellt, dass sie zur aktuellen Anwendung passen.
Solche Systeme sind auch so konfiguriert, dass sie in einer Industrie 4.0-Umgebung mit vorausschauenden Wartungstools verbunden werden, die die Motortemperatur und andere Daten messen, sowie die Geräteüberwachung (z. B. die Anzahl der in einem bestimmten Zeitraum produzierten Teile).
Am Horizont wird das Endgussverfahren nur noch flexibler.Auch hier ist der Prozess hinsichtlich der prozentualen Belastung begrenzt.Nichts hindert kreative Ingenieure jedoch daran, einzigartige Geräte zur Endenformung zu entwickeln.Bei einigen Vorgängen wird ein Stanzstempel in den Innendurchmesser des Rohrs eingeführt und zwingt das Rohr dazu, sich in Hohlräume innerhalb der Schelle selbst auszudehnen.Einige Werkzeuge erzeugen Endformen, die sich um 45 Grad erweitern, was zu einer asymmetrischen Form führt.
Grundlage hierfür sind die Fähigkeiten des Multipositions-Endenformers.Wenn Operationen „in einem Schritt“ durchgeführt werden können, gibt es verschiedene Möglichkeiten der endgültigen Gestaltung.
FABRICATOR ist Nordamerikas führende Zeitschrift für Stahlherstellung und -umformung.Das Magazin veröffentlicht Neuigkeiten, technische Artikel und Erfolgsgeschichten, die es Herstellern ermöglichen, ihre Arbeit effizienter zu erledigen.FABRICATOR ist seit 1970 in der Branche tätig.
Der vollständige digitale Zugriff auf The FABRICATOR ist jetzt verfügbar und bietet einfachen Zugriff auf wertvolle Branchenressourcen.
Der vollständige digitale Zugriff auf The Tube & Pipe Journal ist jetzt verfügbar und bietet einfachen Zugriff auf wertvolle Branchenressourcen.
Genießen Sie vollständigen digitalen Zugriff auf das STAMPING Journal, das Marktjournal für Metallstanzen mit den neuesten technologischen Fortschritten, Best Practices und Branchennachrichten.
Vollständiger Zugriff auf die digitale Ausgabe von The Fabricator en Español ist jetzt verfügbar und bietet einfachen Zugriff auf wertvolle Branchenressourcen.
Teil 2 unserer zweiteiligen Serie mit Ray Ripple, einem texanischen Metal-Künstler und Schweißer, setzt ihre… fort.