ENTWURF EINES DUAL-BETRIEBSARTENBLATTES FALTMASCHINE

  Es wurde eine Bogenfaltmaschine entwickelt, die hydraulisch mit zwei Hydraulikzylindern oder manuell (bei ausgerückten Zylindern) betrieben werden kann. Das Design musste aus dem angespannten nationalen Stromnetz stammen, in dem kürzlich Industrielle und Haushalte in Simbabwe zu starken Stromausfällen führten. Mit der Maschine können Hersteller schwerere Jobs in Zeiten planen, in denen die Stromversorgung ausgeht, und leichtere Jobs während des Stromausfalls, sodass ihre Werkstätten während der täglichen Produktionsschichten ablaufen. Die beiden Hydraulikzylinder können vom Klappbalken der Maschine getrennt werden, so dass die manuelle Betätigung über ein manuelles Spannhebelsystem erfolgen kann. Die Faltkraft bei voller Kapazität beträgt 294,6 KN (29,46 Tonnen), die Gesamtlänge des Biegens 1,8 m und die Arbeitshöhe 1 m. Die Faltkraft nimmt im manuellen Betriebsmodus signifikant auf 500 N ab, wenn man bedenkt, dass ein Bediener diese Kraft im Durchschnitt manuell ausüben kann. Eine Studentenversion von Simulation X 3.5 wurde verwendet, um den hydraulischen Betrieb der Maschine zu simulieren.

EINLEITUNG Das Biegen und Abkanten von Blechen ermöglicht die Herstellung einer breiten Palette von Gebrauchsgütern. Die Nachfrage nach Gütern, die ganz oder zumindest teilweise aus Blechbiegeteilen bestehen, verspricht, hoch zu bleiben. Typische Produkte aus dem Blechfalten umfassen Gehäuse, Elektrokästen, Gehäuse für elektrische und elektronische Geräte, Tabletts, Deckel, Tröge, Luftkanäle und Schornsteine. Das Blatt wird die Konstruktion der Komponenten der Falzmaschine artikulieren, die aus dem Klappbalken, dem Klemmbalken, dem Hydrauliksystem, der Auswahl einer Pumpe zum Antreiben des Hydrauliksystems und dem Design der Hydraulikzylinderanschlüsse bestehen, so dass sie leicht sein können aus dem hydraulischen in den manuellen Modus versetzt. Derzeit werden die meisten verfügbaren Blechfaltmaschinen manuell betrieben, während es nur wenige hydraulisch betriebene gibt. Der Betrieb von hydraulischen Falzmaschinen wird stark von den Stromausfällen beeinflusst, weshalb eine Maschine benötigt wird, die sowohl im hydraulischen als auch im manuellen Modus arbeitet. Durch die Entwicklung einer Maschine mit zwei Betriebsarten erhalten die Hersteller bei begrenzten Ressourcen mehr Flexibilität als beim Kauf von zwei Maschinen mit unterschiedlichen Betriebsarten, sodass die anderen Maschinen ohne Stromzufuhr in den Wartezustand gebracht werden können. Um dieses Problem zu lösen, konzentriert sich dieser Artikel auf das Design einer Dual-Mode-Blechfaltmaschine, die in der kürzesten Zeit vom hydraulischen Modus in den manuellen Modus gebracht werden kann. Durch das weltweite Wachstum der kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) kann die Falzmaschine verwendet werden, um in kleinen Fabriken eine breite Palette von Produkten für den lokalen Markt sowie für Auslandsmärkte mit niedrigem Stromverbrauch zu produzieren, da die Betreiber wählen können den manuellen Modus auch während der Stromversorgung.

KLASSIFIZIERUNG VON BLECHPROZESSEN FÜR BLATTMETALLEN

  Es gibt verschiedene Blechbearbeitungsvorgänge, z. B. Laserschneiden und -biegen, Stanzen, Tiefziehen und erneutes Ziehen, Biegen, Inkrementalformen, Scheren und Stanzen, Streckformen, Gummi-Hydroforming, Spinnen und Explosionsformen (Groover, 2010). Das Biegen entlang einer geraden Linie ist das allgemeinste aller Blechformverfahren. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch Formen entlang der gesamten Biegung in einer Matrize oder durch Wischen, Falten oder Bördeln in Spezialmaschinen oder durch Schieben des Bogens über einen Radius in einer Matrize (Marciniak, 2002). Die Begriffe Falten und Biegen werden in der Blechindustrie lose verwendet und sind im allgemeinen Sprachgebrauch weitgehend austauschbar. Der Begriff "Falten" bezieht sich auf scharfe Ecken mit einem minimalen Biegeradius und der Begriff "Biegen" bezieht sich auf Durchbiegungen von relativ große Eckradien. Beim Falten und Biegen wird das Material nur in zwei Dimensionen entlang einer geraden Linie verformt (Timings, 2008).

Biegen durch Abkantpressen

  Biegen ist ein Umformprozess, bei dem eine Kraft auf ein Blech ausgeübt wird, wodurch es in einem Winkel gebogen wird und die gewünschte Form bildet (Manar, 2013). Der Prozess wird normalerweise auf einer Maschine ausgeführt, die als Abkantpresse bezeichnet wird und manuell oder automatisch betätigt werden kann. Um Blech zu biegen, wird ein unteres Werkzeug (Matrize) an einem unteren stationären Träger (Bett) und ein oberes Werkzeug (Stempel) an einem beweglichen oberen Träger (Ramm) montiert (Simons, 2006). Die umgekehrte Konfiguration ist ebenfalls möglich. Das Biegen erzeugt eine V-Form, eine U-Form oder eine Kanalform entlang einer geraden Achse in duktilen Materialien, meistens Blech. Zu den üblicherweise verwendeten Geräten gehören Kasten- und Schwenkbremsen, Bremsenpressen und andere spezialisierte Maschinenpressen. Eine typische Abkantpresse ist in Abbildung 1 dargestellt.

  Das Biegen der V-Matrize kann auf zwei verschiedene Arten verwendet werden: für das "Luftbiegen" oder für das "Boden". Beim Luftbiegen stoppt der Stempel einen gewissen Abstand über dem Boden. Der Formsatz kann zum Biegen in einem beliebigen Winkel größer als 85 ° verwendet werden. Die Matrize biegt das Blech um einen Winkel der Matrize, der 90 ° oder einen anderen Winkel betragen kann. Beide Arten der V-Matrizenbiegung ermöglichen ein Überbiegen, so dass Biegungen unter 90 ° hergestellt werden können. Abbildung 2 zeigt V-Biegesätze.

Blechbiegemaschinen

  Der Blechfalzprozess wird auf einer Blechfaltmaschine durchgeführt. Die Maschine besteht aus einem Spannbalken, der die Blechbearbeitung niederhält, und einem Faltbalken, der den Faltvorgang ausführt. Der Spannbalken besteht aus einem abnehmbaren Spannmesser und dem Klappbalken eines harten und abnehmbaren Segments. Dadurch können beschädigte Segmente ersetzt werden. Ein weiteres Merkmal der Falzmaschine ist ein Hinteranschlag, der höchste Wiederholgenauigkeit der Arbeit ermöglicht. Es gibt zwei Arten von Blechfaltmaschinen, eine mit Hydraulikantrieb und eine, die manuell arbeitet. Manuelle Falzmaschinen haben jedoch einige Nachteile, da sie nicht zu höheren Produktionsraten, Qualität oder Wiederholbarkeit führen; Sie eignen sich jedoch für geringe Arbeitszeiten. Hydraulisch angetriebene Blechfaltmaschinen wirken den Nachteilen von manuell betätigten Blechfaltmaschinen entgegen, haben jedoch die Einschränkung, dass sie von Stromausfällen betroffen sind. Daher wird die Konstruktion einer Falzmaschine, die sowohl im hydraulischen als auch im manuellen Modus arbeitet, die Auswirkungen von Stromausfällen auf die Produktionsrate minimieren und gleichzeitig die Qualitätsarbeit verbessern, indem leichte Arbeitslasten während Zeiten von Stromausfällen und andere geplant werden anspruchsvolle Arbeitsbelastung in Zeiten, in denen Strom verfügbar ist. Hydraulic Power System Blechbearbeitungsmaschinen können nach Energieversorgung klassifiziert werden. Fünf Kategorien können wie folgt identifiziert werden; Mechanisch: Wenn die Arbeitskraft durch mechanische Mittel wie Nocken oder Hebel aufgebracht wird. Hydraulik: Diese nutzen den Druck von Wasser oder anderen flüssigen Medien. Dampf: Sie verwenden Druckdampf. Elektromagnetisch: Verwendet elektromagnetische Kraft. Das Hydrauliksystem wurde für die Falzmaschine aufgrund der folgenden Vorteile gegenüber anderen Arten der Kraftübertragung gewählt (Dawei, 2008):

• Einfacheres Design - In den meisten Fällen ersetzen ein paar vorgefertigte Komponenten komplizierte mechanische Verbindungen.

• Flexibilität - Hydraulische Komponenten können mit großer Flexibilität lokalisiert werden. Rohre und Schläuche anstelle von mechanischen Elementen beseitigen praktisch Probleme bei der Ortung.

• Laufruhe - Hydraulische Systeme arbeiten reibungslos und leise. Die Vibration wird auf ein Minimum reduziert.

• Steuerung - Die Steuerung eines breiten Geschwindigkeits- und Kraftbereiches ist problemlos möglich. • Kosten - Hohe Effizienz bei minimalem Reibungsverlust reduziert die Kosten einer Kraftübertragung auf ein Minimum.

• Überlastschutz - Automatische Ventile schützen das System vor einer Überlastung. Der Hauptnachteil eines Hydrauliksystems besteht darin, dass die Präzisionsteile erhalten bleiben, wenn sie schlechtem Klima und schmutziger Atmosphäre ausgesetzt sind. Daher ist der Schutz vor Rost, Korrosion, Schmutz, Ölverschlechterung und anderen nachteiligen Umgebungsbedingungen sehr wichtig. Die Entsorgung der Hydraulikflüssigkeit ist auch eine Gefahr für die Umwelt.

DESIGN DER FALTMASCHINENTEILE

  In diesem Abschnitt werden detaillierte Konstruktionsberechnungen für die Dimensionierung der Falzmaschinenkomponenten durchgeführt. Die Anfangsbedingungen für das Design sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Maximale Faltkraft

  Die Kraft, die zum Falten erforderlich ist, hängt von der Stärke, Dicke und Länge des Blechs ab (Groover, 2010). Das Maximum

Spannbalken-Design

  Der Spannbalken übt eine Kraft aus, die das Blech auf dem Klappbett festhält. Die Haltekraft bei der Faltoperation beträgt 50% der erforderlichen Faltkraft, da sie auf zwei Enden der Maschine ausgeübt wird. Daher ist die Klemmkraft gegeben durch:

Spannkraft = 0,5 x Faltkraft

Klemmkraft = 0,5 x 294,6 kN

Spannkraft = 147,3 kN

  Der Klemmbalken ist so konstruiert, dass er an Seitenplatten angeschweißt wird, die mit einem Klemmmechanismus verbunden sind, wie in 3 gezeigt.

  Die Spannmechanismen befinden sich auf beiden Seiten des Spannbalkens, der Spannknopf befindet sich jedoch nur an einem Ende. Die Einstellschrauben am Spannmechanismus müssen der Spannkraft widerstehen, der sie ausgesetzt sind. Die Funktionsweise des Spannmechanismus ist in Abbildung 4 dargestellt.

  Die Last wird auf beiden Seiten des Spannmechanismus gleichmäßig verteilt, daher entspricht sie der Hälfte der Spannkraft von 73,65 kN. In den Spannmechanismusbolzen sind zulässige Spannungswerte von 75% der Dehngrenze zu verwenden. Das für den Spannmechanismus ausgewählte Material der Society of Automotive Engineers (SAE) ist die Klasse 4 ohne Kopfmarkierung und eine Druckfestigkeit von 65 ksi.

  Dann ist die zulässige Belastung:

a = 0,75 x Nachweisstärke ... (2)

a = 0,75 x 65000 psi

a = 48759

  psi Die Kraft auf jeder Seite des Spannmechanismus beträgt 73,65 kN = 16,55

  klb Daher ist der erforderliche Zugbereich, auf den die Kraft wirken soll:

a t Laden A ... (3)

2 48750/16550 lb in lb Bei 2

Bei 0.339 in

  Ein Zugspannungsbereich von 0,339 Zoll² erfordert einen Durchmesser von 7/8 Zoll, was 22,22 mm entspricht. Daher sollte der Durchmesser der Spannmechanismus-Säule 22,22 mm betragen, bei einem Gewindegang von 9 Fäden pro Zoll.

  Design des Faltträgers

  Abbildung 5 zeigt die Vorderansicht für den Faltbalken

  Der Balken wird an seinen beiden Enden gestützt und die andere auf den Balken wirkende Kraft (einschließlich seines Gewichts) ist die maximal erforderliche Klappkraft von 294,6 kN, die gleichmäßig über die Balkenlänge wirkt. Abbildung 6 zeigt die Belastung des Balkens.

  Auf den Balken wirkende Gesamtkraft = (294,6 + 58,135 t) kN

  Das Aufnehmen von Momenten und Auflösen von Kräften an bestimmten Punkten entlang des Faltbalkens und das Berücksichtigen eines Sicherheitsfaktors von n = 3 und einer zulässigen Spannung von 350 MPa, hat den folgenden Wert:

  t = 0,015 oder t = -0,015

  Daher beträgt die Dicke des Faltbalkens 15 mm.