Témata
Reklama

Akademie tváření: Automatizace a mechanizace v plošném tváření

14. 12. 2010

Předkládáme čtvrtou část našeho seriálu o problematice technologie tváření. Jednotlivé díly vznikají ve spolupráci s odborníky z Ústavu strojírenské technologie Fakulty strojní ČVUT v Praze a technickými specialisty firmy Trumpf. V každém díle se věnujeme konkrétní technologii/technologiím zpracování plechu, jež je/jsou představena/představeny jak po teoretické stránce, tak následně v konkrétních aplikacích na strojích Trumpf. Volba témat je v souladu s technickými možnostmi, které právě nabízejí stroje výše zmíněného výrobce, jež bezesporu představuje špičku v oboru, a proto se na ni i redakce při tvorbě Akademie tváření obrátila.
Rádi přivítáme vaše připomínky jak ke koncepci seriálu, tak i k samotnému obsahu konkrétních příspěvků.

Za autorský kolektiv
Roman Dvořák

Tento článek je součástí seriálu:
Akademie tváření
Díly
František Tatíček

Vedoucí skupiny Tváření na FS ČVUT v Praze

Roman Dvořák

Je absolventem oboru Strojírenská technologie Fakulty strojní ČVUT v Praze, kde nakonec kombinovanou formu doktorského studia po dlouhých letech nedostudoval (...). V roce 1997 nastoupil do vydavatelství Vogel Publishing na post odborného redaktora vznikajícího strojírenského titulu MM Průmyslové spektrum. V roce 1999 přijal nabídku od německého vlastníka outsourcingovat titul do vlastního vydavatelství. 

Moderní strojírenský průmysl je charakteristický tendencí zvyšovat produkci výroby, se současným zvyšováním kvality vyráběných dílů a flexibility výroby samotné. To vše s sebou pochopitelně přináší neustále narůstající nároky na modernizaci technologických pracovišť, zejména pak zavádění mechanizačních a automatizačních prvků do výrobních procesů.

Od počátků činností lidstva byl člověk neustále vystavován tvrdé a vyčerpávající práci, kterou si snažil zjednodušit nástroji a stroji, jež pomáhaly v jeho činnosti nebo nahrazovaly jeho práci kompletně. První zprávy o mechanizaci se objevily v době faraonů v Egyptě (používání páry z ohřáté vody k otevírání velkých chrámových vrat). První významnější vynálezy v oblasti automatizace a mechanizace v období našeho letopočtu se objevily v polovině 14. století na samém počátku renesance. Patří mezi ně například buben s kolíčky (dodnes používaný kolíčkový program). Mezi významné osobnosti z hlediska automatizace patří i Leonardo da Vinci. Využívání vodní síly k pohonu strojů se objevuje již v polovině 14. století. Jiným příkladem z této doby je realizace myšlenky o řízení prostřednictvím po sobě přicházejících povelů. Jde o konstrukce zvukových hracích strojů, které byly ovládány pomocí otáčejících se válců opatřenými na povrchu ostny. Např. v roce 1808 Joseph M. Jacquard použil plechovou děrnou kartu k automatickému řízení textilního stroje. Plechová děrná karta byla předchůdcem moderních výměnných nositelů programu. Od počátku 20. století se objevují ve strojírenské výrobě vysoce automatizované stroje vykonávající v řadě fází různorodé operace a založené na nejrůznějších principech.

Mechanizace znamená nahrazení práce lidských svalů stroji. V případě výrobního procesu pod tímto pojmem rozumíme využití všech nutných technických prostředků, jejichž vzájemná vazba je zabezpečena lidským činitelem (operátorem), sloužícím k usnadnění lidské práce. Automatizace je vývojově vyšší než mechanizace. Automatizace technologického procesu je založena na samočinném řízení daného úkonu a jeho kontrole, což ve výsledku tvoří celý výrobní proces. Cílem automatizace je snížení nutnosti přítomnosti člověka při vykonávání určité činnosti. V oblasti řízení technologických procesů je dále důležitým pojmem automat, což je zařízení, které samočinně vykonává daný úkon či jiné předem definované funkce.

Automatizaci a mechanizaci technologických procesů je nutné chápat komplexně. Nejde jenom o samotný technologický proces (o jeden stroj, jeden úkon), ale o řadu dalších doprovodných operací (manipulaci s materiálem, technologickým odpadem, kontrolu a měření, výměnu nástrojů apod.). Z tohoto důvodu je nutné v případě řešení konkrétního problému uvažovat celou řadu aspektů, které daný proces ovlivňují za průběžného ekonomického zhodnocení. V širším kontextu lze moderní automatizované systémy klasifikovat na:

  • prostředky a zařízení hmotného toku (např. transportní zařízení, dopravníky, tratě, zakladače, oddělovací a podávací mechanismy, orientační a kontrolní zařízení, manipulátory, roboty atd.);
  • prostředky a zařízení informačního toku (spínače, nosiče informací a paměti, odměřovací zařízení, měřicí zařízení, snímací dotyky, senzory atd.);
  • prostředky a zařízení energetického toku (měniče, servomechanismy atd.).

V článku se dále budeme věnovat především prostředkům automatizace a mechanizace pro zařízení hmotného toku. Jedná se zejména o manipulační zařízení (manipulátory). Průmyslové manipulátory (a roboty) jsou technická zařízení sloužící k transportu objektů, k přeměně jednoho druhu mechanického pohybu na jiný nebo k vedení objektů po určitých, předem definovaných drahách. Svým určením umožňují tyto prostředky mechanizovat a automatizovat výrobní i nevýrobní činnosti, jako např. podávání, vkládání, vyjímání, předávání dílců, a provádět přímé výrobní operace a manipulační úkony. Manipulační zařízení lze členit dle obr. 1.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Členění manipulačního zařízení

Manipulátory s ručním řízením (teleoperátory) jsou jednoduché synchronní manipulátory bez automatického řízení. Jejich základním cílem je multiplikovat lidskou sílu a možnosti operátora. Manipulátory s pevným programem mají automatický řídicí systém, který však neumožňuje flexibilitu programování. Manipulátory s pružným programem mají pak vlastní řídicí systém s pružnou programovací schopností. Mezi tyto manipulátory patří celá škála průmyslových robotů.

Automatizace a mechanizace v plošném tváření

Lisování je technologický proces hojně užívaný v sériové a hromadné výrobě pro svoji jednoduchost, produktivitu a možnost snadné mechanizace a automatizace. Tvářecí stroj (výrobní jednotka) není sám o sobě schopen pracovat v automatickém chodu. Při ručním zakládání a vyjímání materiálu musí jednoznačně dojít k přerušení chodu smýkadla, což je v případě hromadné a sériové výroby nepřípustné. Správný automatický chod stroje je podmíněn napojením na automatizované pomocné operace, především v oblasti manipulace s materiálem, jako je zakládání a vyjímání polotovaru, resp. výlisku, manipulace s odpadem apod.

Vhodnou automatizací či mechanizací lisovacího procesu jsme schopni nejen výrazně zproduktivnit celý výrobní pochod, zvýšit jeho kvalitu a snížit počet neshodných dílů, ale také snížit spotřebu materiálu a výrazně zvýšit bezpečnost práce (manipulace s plechy s ostrými hranami).

Způsoby a zařízení mechanizace a automatizace rozdělujeme podle toho, jakému účelu slouží v rámci lisovacího procesu. Pracovní úkony, které úzce souvisí s vlastním výrobním procesem, lze rozdělit na:

  • přípravu nástroje (očištění a kontrola);
  • usazení nástroje do prostoru stroje a jeho seřízení;
  • vlastní technologické operace lisování:
  • o vložení polotovaru do nástroje;
  • o vlastní pracovní zdvih (zdvihy stransportem materiálu do další operace);
  • o vyjmutí výlisku a technologického odpadu;
  • vyjmutí nástroje a očištění.

Procesy přípravy nástroje (kontrola, seřízení, očištění) lze automatizovat jenom v omezených případech (viz management nástrojů), a proto se v technologiích plošného tváření zabýváme nejvíce problematikou materiálového toku.

Vstupní materiál se do lisoven dodává nejčastěji ve formě tabulí a svitků. Manipulace s tabulemi, případně krátkými pásy je náročná a její zmechanizování či zautomatizování vyžaduje speciální manipulační zařízení (zaváděcí skříně, manipulační stoly, stohovače apod.). Při využití výchozího materiálu ve tvaru pásu nebo svitku potřebné šířky odpadá z přípravných operací dělení materiálu před lisováním. Materiál dodávaný ve svitcích je pro řadu aplikací výhodnější. Vyžaduje však použití postupových nástrojů. Např. technologický postup lisování rozměrově menších výlisků je realizován tak, že výlisek je do poslední výrobní operace spojen s pásem, který svým pohybem prostřednictvím automatizačních zařízení zajišťuje mezioperační dopravu výlisku.

Základní mechanizační prvky v procesu lisování nelze s ohledem na možný rozsah článku popisovat detailně, proto je zde alespoň rámcově vyjmenujeme v rámci schématu na obr. 2.

Obr. 2. Základní mechanizační prvky v procesu lisování

Automatizace dále zajišťuje bezpečnost a plynulost celého procesu. Chrání stroj před poškozením v případě vnější i vnitřní chyby, jakými je založení špatného materiálu, neoddělení dvou kusů přístřihu apod. Kontrola správného založení materiálu v nástroji může být realizována na základě různých fyzikálních principů (mechanicky, opticky, elektricky). K zastavení lisu se používá speciálních přerušovačů, které spojují nebo rozpojují elektrické obvody a tím uvádějí v činnost spínače chodu lisu.

Plynulost procesu zajišťují i operace dělení technologického odpadu, což jsou operace stejně důležité jako odvádění výrobků z nástroje a stroje. Zpracování technologického odpadu může být realizováno nůžkami implementovanými do nástroje nebo mimo stroj nebo navíječem na zadní navijáky. Výhodnější než použití nůžek je však řešení této operace přímo tvářecím nástrojem pomocí tzv. postřihovacích nožů.

Management nástrojů

Moderní automatizovaná pracoviště v plošném tváření jsou řešena komplexně, tedy kdy si stroj v mezním případě automaticky zajistí výměnu nástroje. Takový systém vykazuje větší míru efektivnosti a ekonomičnosti. Automatická výměna nástroje se uskutečňuje v situacích mezního (limitního) opotřebení nástroje a tehdy, přechází-li stroj na odlišnou technologickou operaci s jiným nástrojovým vybavením.

Automatická výměna nástrojů se na číslicově řízených strojích uskutečňuje buď tzv. mechanickou rukou ze zásobníku nástrojů, nebo pomocí revolverových hlav (u vysekávacích lisů) či automatizovaných speciálních podavačů dopravujících nástroje z externích zásobníků.

Sled nástrojů a jejich seskupení v zásobníku může být v principu buď podle technologického postupu vyráběného dílu nebo libovolné, tj. nástroje jsou voleny programem. První způsob je méně vhodný, protože vyžaduje pro každou novou součást výměnu nástrojů do nových poloh zásobníků, tj. nové seskupení, což představuje velké časové ztráty. Jeho nevýhodou je také to, že jednotlivé nástroje mohou být použity v programu pouze jednou. Druhý způsob, kde je nástroj volen programem, předpokládá automatické vyhledání nástroje v zásobníku podle kódovaného označení.

Rozdělení systémů automatické výměny nástrojů je prováděno podle druhů použitého zásobníku a jeho umístění vzhledem ke stroji:

  • systémy se zásobníky přenášející síly od výkonu technologické operace (tvářecí);
  • systémy se zásobníky umístěnými mimo pracovní místo (nepřenášející tvářecí síly);
  • systémy kombinované.
Řešení Compact - automatický skladovací systém TruStore od firmy Trumpf, představuje dlouhý skladový systém, často se dvěma řadami skladových bloků a teoreticky neomezenou délkou.

Přínosy automatizace a manipulace v podmínkách plošného tváření

Jak již bylo několikrát zdůrazněno, je nutné automatizaci posuzovat v tom nejširším kontextu vědecko-technického charakteru, ale také ekonomického a sociálního. Základem jsou neustálé pokrokové tendence ve vědecko-technické sféře, jichž je člověk autorem. Výsledkem však je proces, který je člověkem pouze monitorován a nezasahuje do něj.

Tyto kroky, které vedou k osamostatnění technického procesu, jsou realizovány za účelem zkrácení průběžné doby výroby a zefektivnění produkce se současným růstem kvality a snižováním nákladů. Lze efektivně a rychle reagovat na změny v požadavcích zákazníka. Máme okamžitý přehled a informace o probíhajícím výrobním procesu. Výroba je stabilní s maximální mírou optimalizace. Obecně lze říci, že úroveň automatizace reflektuje technický pokrok v podnicích.

Příspěvek vznikl v rámci řešení projektu SGS ČVUT 2010, reg. č. OHK2-038/10

Ing. František Tatíček, Ing. Tomáš Pilvousek, Ing. Martin Kubelka

Fakulta strojní ČVUT v Praze

Ústav strojírenské technologie

frantisek.taticek@fs.cvut.cz

roman.dvorak@mmspektrum.com

Reklama
Související články
Nový stroj pro laserový 3D tisk kovů

Na specializovaném veletrhu Formnext ve Frankfurtu nad Mohanem, zaměřující se výhradně na systémy aditivní výroby, představila firma Trumpf nový stroj pro laserový 3D tisk kovů - TruPrint 2000. Univerzální stroj TruPrint 2000 vyniká několika technologickými novinkami a jeho koncepce je uzpůsobena zejména pro precizní a choulostivé produkty zdravotnického průmyslu a stomatologie. Nicméně firma již nyní deklaruje, že stroj má výhody i pro použití v automotive, leteckém a strojírenském průmyslu nebo pro výrobu nástrojů a forem, protože standardně zvládne zpracovávat všechny typy materiálů od ocelí a nerezu, přes hliníkové, titanové, niklové slitiny až po chrom kobalt a slitiny mědi.

I ti nejlepší stále zlepšují

Každoročně ještě před začátkem vánočních svátků pohody a rodinných setkání se koná ještě jedno příjemné setkání v prostorách showroomu pražské společnosti Trumpf, která v prosinci pravidelně pořádá Dny otevřených dveří. I tentokrát byly dveře otevřené technické veřejnosti, zákazníkům a zájemcům o technologie zpracovávající plechy a profily po tři dny. Součástí programu byl také přednáškový blok, kde byly mj. představeny novinky Trumpf z loňského veletrhu Euroblech 2018 konaném v Hannoveru.

Automatizovaná výroba dílenského nábytku

Rodinný podnik Polak cz má bohatou historii v oblasti zpracování plechů. Od dob výstředníkových lisů, na kterých společnost začínala, se toho mnoho změnilo. Jednatel a zakladatel společnosti Petr Polák si pochvaluje velký progres v technologiích zpracování plechů i v automatizaci. I přes nízký stav zaměstnanců díky automatizaci a vysokým výkonům strojů Trumpf si může dovolit dále rozšiřovat výrobu.

Související články
Požadavky na lisy a nástroje při výrobě převodovek

Stoupající požadavky na redukci CO2 ve výfukových plynech automobilů vedly k jejich narůstající hybridizaci a elektrifikaci. Z těchto důvodů se výrazně zvyšují nároky na plechové díly nejenom v konstrukci karoserií osobních automobilů, ale také v jejich pohonech. Jsou to především požadavky na kvalitu a rozměrovou přesnost. Zvyšuje se komplexnost těchto dílů, a proto také nabývají na významu nároky na tvářecí stroje a nástroje.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
První krok od ohraňovacího lisu k servo-elektrické ohýbačce

Požadavky na trhu se mění a zpracovatelé stále více čelí situacím, kdy jsou velké série a objemy nahrazeny potřebouči poptávkou vyrábět malé série, navíc postavené na bázi just-in-time dodávek.

Trendy ve výrobě plochých polotovarů tvářených za tepla

Využití plechových dílů tvářených za tepla patří dnes již běžně k produkci karoserií osobních automobilů a od jejich prvního nasazení nás dělí bezmála dvacet let. Tento trvalý trend souvisí s požadavkem na maximální zužitkování pohonných hmot a s tím spojené i redukce samotné hmotnosti karoserie. Dalším aspektem jsou limity snižující objemy škodlivých exhalací při spalování paliva, které nutí dlouhodobě producenty osobních i užitkových vozidel hledat alternativní konstrukční řešení. Emisní limity nastavené Evropskou unií, platné od roku 2020, stanovují průměrnou emisi všech modelů v nabídce na 95 g CO2.km-1. To odpovídá spotřebě 3,54 litru nafty či 4,06 litru benzinu na sto kilometrů.

Procesní řetězec pro průmyslový 3D tisk

Stroje, které generují středně velké díly technologií Laser Metal Fusion (LMF), vyrábějí složité strukturované díly pomocí laseru vrstvu po vrstvě v práškovém loži. Tyto díly mohou mít průměr až 300 mm a výšku 400 mm. Díky chytrému principu válců, který umožňuje jejich rychlou výměnu pro výrobní proces a pro zásobní materiál, se tato nová zařízení etablují v segmentu sériové výroby složitých kovových dílů.

Aditivní výroba ve tváření plechů

Trojrozměrný (3D) tisk, označovaný také jako aditivní výroba (additive manufacturing - AM), zaznamenal v poslední době značný rozvoj. Touto technologií je umožněna výroba i velmi tvarově komplikovaných trojrozměrných produktů. Objekty nebo výrobky jsou vytvářeny z podkladu digitálních 3D modelů nebo jiných elektronických datových zdrojů. Aplikační možnosti 3D tisku se s ohledem na progresivní vývoj této technologie jeví jako neomezené.

Trendy v tváření: Víceosá řídicí technika pro válcování profilů

Na příkladu novodobého stroje k výrobě nosníků nákladních automobilů profilováním lze vysvětlit výrobní řetězec konstrukce výrobku, konstrukce nástrojů, simulace výroby, vývoj regulace i praktické ověření v průmyslové výrobě.

Lehké konstrukce automobilů - vlákny zesílené sendvičové plechy

Předchozí články z našeho seriálu zpravidla vždy představovaly nové možnosti, postupy a trendy v oblasti redukce hmotnosti karoserií. Jednou z těchto cest je využití hybridních materiálů a tzv. inteligentních smíšených konstrukcí. Motivace je kromě legislativy silně umocněna i nástupem elektromobility. V následujícím příspěvku se věnujeme vývoji a použití vlákny zesílených sendvičových plechů.

Efektivní procesy ve skladu i ve výrobě

Lisování, řezání laserem, ohraňování – seznam výrobních prací v průmyslu zpracování plechu je dlouhý. Stále více výrobců proto zadává tyto úkoly tzv. job shopům (výrobním dílnám), aby se mohli koncentrovat na svůj hlavní předmět činnosti. Požadavky na výrobní podniky jsou odpovídajícím způsobem vysoké. Kromě flexibility a rychlosti je základním předpokladem dobrý poměr ceny a výkonu. Aby mohly pracovat efektivně a se ziskem, jsou job shopy stále více odkázány na optimálně koordinované a automatizované procesy ve skladování a ve výrobě. Moderní metody zásobování a centralizace celé skladové logistiky přitom nabízejí mnoho výhod.

Lehké konstrukce automobilů – využití hořčíku

Využití hořčíku a jeho slitin v automobilovém průmyslu má poměrně dlouhou tradici, sahající až do roku 1920, kdy byl tento materiál prvně použit v konstrukci sportovních vozů. O několik desetiletí později se objevil i v komerčních vozech, například u typu Volkswagen Beetle, kde jeho obsah činil téměř 20 kilogramů. Nicméně do popředí zájmu se tento specifický materiál dostává v posledních letech v souvislosti s nárůstem ekologických a legislativních požadavků na provoz vozidel.

Lehké konstrukce automobilů - použití lisů ve výrobě hybridních dílů

V předchozích článcích ze seriálu Lehké konstrukce automobilů o možném použití nových materiálů pro stavbu lehkých konstrukcí a jejich aplikacích na karoseriích osobních automobilů nebyly zpravidla detailně rozebrány možnosti výroby těchto specifických materiálů. Uvedeme je v tomto článku.

Lehké konstrukce automobilů - sendvičové materiály

O prodejnosti a úspěšnosti vozidla v silném konkurenčním prostředí dnes rozhoduje z velké míry tvar a funkčnost karoserie. Mezi technickým vybavením jednotlivých výrobců dnes není propastný rozdíl a proto první, čím automobil promlouvá k zákazníkovi, jsou právě silueta vozu, linie hran, elegance i vizuální dynamika. Na karoserii jsou proto kladeny náročné požadavky v řadě případů z hlediska technologie výroby protichůdné.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit