La macchina per la sagomatura delle estremità multistazione completa il suo ciclo per formare una saldatura chiusa all'estremità del tubo di rame.
Immagina un flusso di valore in cui i tubi vengono tagliati e piegati.In un'altra area dello stabilimento, gli anelli e le altre parti lavorate vengono lavorate e poi inviate per essere assemblate per la saldatura o comunque il montaggio alle estremità dei tubi.Ora immagina lo stesso flusso di valori, questa volta finalizzato.In questo caso, modellare le estremità non solo aumenta o diminuisce il diametro dell'estremità del tubo, ma crea anche una varietà di altre forme, da scanalature complesse a spirali che replicano gli anelli precedentemente saldati in posizione.
Nel campo della produzione di tubi, la tecnologia di formatura delle estremità si è gradualmente sviluppata e le tecnologie di produzione hanno introdotto due livelli di automazione nel processo.In primo luogo, le operazioni possono combinare diverse fasi di formatura di precisione delle estremità all'interno della stessa area di lavoro – di fatto, un'installazione finita.In secondo luogo, questa complessa formatura delle estremità è stata integrata con altri processi di produzione dei tubi come il taglio e la piegatura.
La maggior parte delle applicazioni associate a questo tipo di formatura automatizzata delle estremità riguardano la produzione di tubi di precisione (spesso in rame, alluminio o acciaio inossidabile) in settori come quello automobilistico e HVAC.In questo caso, lo stampaggio delle estremità elimina le connessioni meccaniche progettate per fornire connessioni a tenuta stagna per il flusso di aria o fluido.Questo tubo ha tipicamente un diametro esterno di 1,5 pollici o meno.
Alcune delle celle automatizzate più avanzate iniziano con tubi di piccolo diametro forniti in bobine.Passa prima attraverso una macchina raddrizzatrice e poi tagliata a misura.Il robot o il dispositivo meccanico trasporta quindi il pezzo per la sagomatura e la piegatura finali.L'ordine di apparizione dipende dai requisiti dell'applicazione, inclusa la distanza tra la piega e la forma finale stessa.A volte un robot può spostare un singolo pezzo dall'estremità alla piegatura e di nuovo alla forma finale se l'applicazione richiede un tubo formato su entrambe le estremità.
Il numero di fasi di produzione, che possono includere alcuni sistemi di formatura delle estremità dei tubi di alta qualità, rende questo tipo di cella più produttivo.In alcuni sistemi, il tubo passa attraverso otto stazioni di formatura delle estremità.La progettazione di un impianto di questo tipo inizia con la comprensione di cosa si può ottenere con le moderne modanature.
Esistono diversi tipi di utensili per la formatura delle estremità di precisione.Punzoni I punzoni sono "strumenti duri" che formano l'estremità di un tubo, riducendo o espandendo l'estremità del tubo al diametro desiderato.Gli utensili rotanti smussano o sporgono dal tubo per garantire una superficie priva di bave e una finitura uniforme.Altri strumenti rotanti eseguono il processo di laminazione per creare scanalature, intagli e altre geometrie (vedere Figura 1).
La sequenza di sagomatura dell'estremità può iniziare con la smussatura, che fornisce una superficie pulita e una lunghezza di sporgenza costante tra la fascetta e l'estremità del tubo.La matrice di punzonatura esegue quindi il processo di crimpatura (vedere Figura 2) espandendo e contraendo il tubo, facendo sì che il materiale in eccesso formi un anello attorno al diametro esterno (OD).A seconda della geometria, altri punzoni per stampaggio possono inserire punte lungo il diametro esterno del tubo (questo aiuta a fissare il tubo al tubo).Lo strumento rotante può tagliare parte del diametro esterno e poi lo strumento che taglia il filo sulla superficie.
La sequenza esatta degli strumenti e delle procedure utilizzate dipende dall'applicazione.Con otto stazioni nell'area di lavoro di una formatrice di estremità, la sequenza può essere piuttosto estesa.Ad esempio, una serie di tratti forma gradualmente una cresta all'estremità del tubo, un colpo espande l'estremità del tubo e poi altri due tratti comprimono l'estremità per formare una cresta.L'esecuzione dell'operazione in tre fasi in molti casi consente di ottenere cordoni di qualità superiore e il sistema di formatura delle estremità multiposizione rende possibile questa operazione sequenziale.
Il programma di sagomatura delle estremità mette in sequenza le operazioni per garantire precisione e ripetibilità ottimali.Le più recenti formatrici di estremità completamente elettriche possono controllare con precisione la posizione dei loro stampi.Ma oltre alla smussatura e alla filettatura, si stanno formando la maggior parte delle fasi di lavorazione delle facce.Il modo in cui le forme metalliche dipendono dal tipo e dalla qualità del materiale.
Consideriamo nuovamente il processo di bordatura (vedi Figura 3).Come un bordo chiuso in lamiera, un bordo chiuso non presenta spazi vuoti durante la formazione delle estremità.Ciò consente al punzone di modellare le perle nel punto esatto.Il punzone, infatti, “fora” una perla di una certa forma.Che ne dici di un cordone aperto che assomiglia a un bordo di lamiera esposto?Lo spazio al centro del cordone può creare alcuni problemi di riproducibilità in alcune applicazioni, almeno se ha la stessa forma del cordone chiuso.I punzoni possono formare cordoni aperti, ma poiché non c'è nulla che supporti il cordone dal diametro interno (ID) del tubo, un cordone può avere una geometria leggermente diversa rispetto al successivo, questa differenza di tolleranza può essere accettabile o meno.
Nella maggior parte dei casi, i telai terminali multistazione possono adottare un approccio diverso.Il punzone espande innanzitutto il diametro interno del tubo, creando uno spazio ondulato nel materiale.Uno strumento per la formatura delle estremità a tre rulli progettato con la forma del cordone negativo desiderata viene quindi bloccato attorno al diametro esterno del tubo e il cordone viene arrotolato.
Le formatrici di estremità di precisione possono creare una varietà di forme, comprese quelle asimmetriche.Tuttavia, lo stampaggio delle estremità presenta dei limiti, la maggior parte dei quali sono legati allo stampaggio del materiale.I materiali possono sopportare solo una certa percentuale di deformazione.
Il trattamento termico della superficie del punzone dipende dal tipo di materiale di cui è composta la struttura.La loro progettazione e il trattamento superficiale tengono conto dei diversi gradi di attrito e di altri parametri di formatura finale che dipendono dal materiale.I punzoni progettati per la lavorazione delle estremità dei tubi in acciaio inossidabile hanno caratteristiche diverse rispetto ai punzoni progettati per la lavorazione delle estremità dei tubi in alluminio.
Materiali diversi richiedono anche tipi diversi di lubrificante.Per i materiali più duri come l'acciaio inossidabile è possibile utilizzare un olio minerale più denso, mentre per l'alluminio o il rame è possibile utilizzare un olio non tossico.Anche i metodi di lubrificazione variano.I processi di taglio e laminazione rotativi utilizzano tipicamente nebbia d'olio, mentre lo stampaggio può utilizzare lubrificanti a getto o nebbia d'olio.In alcuni punzoni l'olio scorre direttamente dal punzone nel diametro interno del tubo.
I formatori di estremità multiposizione hanno diversi livelli di forza di perforazione e serraggio.A parità di altre condizioni, l’acciaio inossidabile più resistente richiederà una forza di serraggio e punzonatura maggiore rispetto all’alluminio morbido.
Osservando un primo piano della formatura dell'estremità del tubo, è possibile vedere come la macchina fa avanzare il tubo prima che i morsetti lo mantengano in posizione.Mantenere una sporgenza costante, ovvero la lunghezza del metallo che si estende oltre l'attrezzatura, è fondamentale.Per i tubi diritti che possono essere spostati fino a determinate fermate, mantenere questa sporgenza non è difficile.
La situazione cambia quando ci si trova di fronte ad un tubo precurvato (vedi Fig. 4).Il processo di piegatura può allungare leggermente il tubo, aggiungendo un'altra variabile dimensionale.Con queste impostazioni, gli strumenti di taglio orbitale e di sfacciatura tagliano e puliscono l'estremità del tubo per assicurarsi che sia esattamente dove dovrebbe essere, come programmato.
Sorge la domanda: perché, dopo la piegatura, si ottiene un tubo?Ha a che fare con strumenti e lavori.In molti casi, la sagoma finale è posizionata così vicino alla piega stessa che non rimangono sezioni diritte che la pressa piegatrice possa raccogliere durante il ciclo di piegatura.In questi casi è molto più semplice piegare il tubo e passarlo alla sagomatrice, dove viene trattenuto in morse corrispondenti al raggio di curvatura.Da lì, il modellatore dell'estremità taglia il materiale in eccesso, quindi crea la geometria della forma finale desiderata (di nuovo, molto vicino alla piega all'estremità).
In altri casi, modellare l'estremità prima della piegatura può complicare il processo di trafilatura rotativa, soprattutto se la forma dell'estremità interferisce con l'utensile di piegatura.Ad esempio, il bloccaggio di un tubo per una curva può distorcere la forma dell'estremità precedentemente realizzata.Creare impostazioni di piegatura che non danneggino la geometria della forma finale finisce per essere più problematico di quanto valga la pena.In questi casi risulta più semplice ed economico rimodellare il tubo dopo la piegatura.
Le celle di formatura delle estremità possono includere molti altri processi di produzione di tubi (vedere Figura 5).Alcuni sistemi utilizzano sia la piegatura che la formatura delle estremità, che è una combinazione comune data la stretta correlazione tra i due processi.Alcune operazioni iniziano formando l'estremità di un tubo diritto, quindi procedono alla piegatura con una trazione rotativa per formare i raggi, quindi ritornano alla macchina per la sagomatura delle estremità per lavorare l'altra estremità del tubo.
Riso.2. Questi rulli terminali sono realizzati su una molatrice multistazione, dove un punzone espande il diametro interno e un altro comprime il materiale per formare un cordone.
In questo caso, la sequenza controlla la variabile di processo.Ad esempio, poiché la seconda operazione di formatura delle estremità avviene dopo la piegatura, le operazioni di taglio delle rotaie e rifilatura delle estremità sulla macchina per la formatura delle estremità forniscono una sporgenza costante e una migliore qualità della forma delle estremità.Quanto più omogeneo è il materiale, tanto più riproducibile sarà il processo di stampaggio finale.
Indipendentemente dalla combinazione di processi utilizzati in una cella automatizzata, che si tratti di piegare e modellare le estremità o di una configurazione che inizia con la torsione del tubo, il modo in cui il tubo attraversa le varie fasi dipende dai requisiti dell'applicazione.In alcuni sistemi, il tubo viene alimentato direttamente dal rullo attraverso il sistema di allineamento nelle prese della piegatrice rotativa.Questi morsetti trattengono il tubo mentre il sistema di formatura delle estremità viene spostato in posizione.Non appena il sistema di sagomatura delle estremità completa il suo ciclo, la macchina piegatrice rotativa si avvia.Dopo la piegatura, l'utensile taglia il pezzo finito.Il sistema può essere progettato per lavorare con diametri diversi, utilizzando speciali matrici di punzonatura nella formatrice di estremità e utensili impilati nelle piegatrici rotative destre e sinistre.
Tuttavia, se l'applicazione di piegatura richiede l'uso di un perno sferico nel diametro interno del tubo, l'impostazione non funzionerà perché il tubo immesso nel processo di piegatura proviene direttamente dalla bobina.Questa disposizione non è inoltre adatta per tubi per i quali è richiesta una sagomatura su entrambe le estremità.
In questi casi, può essere sufficiente un dispositivo che comporti una combinazione di trasmissione meccanica e robotica.Ad esempio, un tubo può essere svolto, appiattito, tagliato, quindi il robot posizionerà il pezzo tagliato in una piegatrice rotativa, dove è possibile inserire mandrini a sfera per evitare la deformazione della parete del tubo durante la piegatura.Da lì il robot può spostare il tubo piegato nella sagomatrice.Naturalmente, l'ordine delle operazioni può cambiare a seconda dei requisiti del lavoro.
Tali sistemi possono essere utilizzati per la produzione in grandi volumi o per la lavorazione su piccola scala, ad esempio 5 parti di una forma, 10 parti di un'altra forma e 200 parti di un'altra forma.Anche la struttura della macchina può variare a seconda della sequenza delle operazioni, soprattutto per quanto riguarda il posizionamento delle attrezzature e la fornitura delle distanze necessarie per i vari pezzi (vedere Fig. 6).Ad esempio, le clip di montaggio nel profilo terminale che accetta il gomito devono avere spazio sufficiente per mantenere il gomito sempre in posizione.
L'ordine corretto consente operazioni parallele.Ad esempio, un robot può posizionare un tubo in una formatrice di estremità e poi, quando la formatrice di estremità funziona, il robot può inserire un altro tubo in una piegatrice rotativa.
Per i sistemi appena installati, i programmatori installeranno modelli di portafoglio di lavoro.Per lo stampaggio finale, ciò può includere dettagli come la velocità di avanzamento della corsa del punzone, il centro tra il punzone e la linea di contatto o il numero di giri per l'operazione di laminazione.Tuttavia, una volta posizionati questi modelli, la programmazione è semplice e veloce, poiché il programmatore regola la sequenza e imposta inizialmente i parametri per adattarli all'applicazione corrente.
Tali sistemi sono inoltre configurati per connettersi in un ambiente Industria 4.0 con strumenti di manutenzione predittiva che misurano la temperatura del motore e altri dati, nonché il monitoraggio delle apparecchiature (ad esempio, il numero di parti prodotte in un determinato periodo).
All'orizzonte, il casting finale diventerà solo più flessibile.Ancora una volta, il processo è limitato in termini di deformazione percentuale.Tuttavia, nulla impedisce agli ingegneri creativi di sviluppare dispositivi unici per la modellatura delle estremità.In alcune operazioni, una matrice di punzonatura viene inserita nel diametro interno del tubo e costringe il tubo ad espandersi nelle cavità all'interno della fascetta stessa.Alcuni strumenti creano forme finali che si espandono di 45 gradi, risultando in una forma asimmetrica.
La base di tutto ciò sono le capacità del modellatore di estremità multiposizione.Quando le operazioni possono essere eseguite “in un unico passaggio”, ci sono varie possibilità per la formazione finale.
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Orario di pubblicazione: 08 gennaio 2023