PRZYROSTOWE

–

1×90° przyrząd

ISxS

wsad

płyta

JG, LO

zszywka cwiczenie aa3 parametry ISxS_2015.docx

1

Laboratorium APMA, ćw.aa3

Automatyczne kształtowanie na

wieloosiowej maszynie z napędem hybrydowym

Wprowadzenie

Celem opracowania jest przekazanie informacji o gromadzeniu wyników przyrostowego przeciskania

przez jednozakrętowy kanał kątowy IECAP [

1

] wstępniaków w postaci płytek wykonanych ze stopów

aluminium. Przeciskanie prowadzone jest na maszynie ISx w temperaturze otoczenia w przyrządzie ISxS.
Maszyna została zbudowana w celu efektywnego wytwarzania tzw. wykrojek TB (Tailored Blanks), które
dz

ięki zastosowaniu przyrostowego przeciskania mogą być wykonywane w jednym kawałku. Wykrojki TB są

stosowane przy tłoczeniu karoserii samochodowych

[

2

]

. Dzięki ich zastosowaniu samonośne karoserie stały

się bezpieczne, a jednocześnie znacznie obniżono koszty tłoczenia. Metoda produkcji wykrojek TB
prowadzona na naszej

maszynie do przyrostowego kształtowania jest unikatowa w skali światowej. Umożliwia

wykonywanie wykrojek o z blach o różnych grubościach [

3

], zmniejszając grubość blachy, a także zwiększając

ją (jest to jedyny znany sposób pogrubienia blachy). Może również służyć do wytwarzania blach
gradientowych, które charakteryzują się odmiennymi właściwościami w różnych obszarach przy zachowaniu
stałej grubości [

4

Schemat

strefy narzędziowej przyrządu, pracującego na maszynie do kształtowania sposobem

przyrostowym, pokazano na

]. Sposobem przyrostowym takie blachy mog

ą być wytwarzane z każdego metalu. Dotychczas

jedyną metodą wytwarzania takich wykrojek była laserowa obróbka stosowana tylko do blach z materiałów,
które dają się obrabiać cieplnie.

Rys. 1. W operacji przyrostowego przerobu

płaskiego wsadu 1 narzędziem

aktywnym jest stempel 2, który wykonuje ruch posuwisto-

zwrotny w kierunku skośnym przemieszczając się od

zaprogramowanego

górnego położenia do dolnego. W dolnym położeniu (zaznaczonym na Rys. 1 linią

przerywaną) powierzchnia robocza stempla współpracuje z nieruchomą połówką 3 matrycy, w której
poprowadzono kanał kątowy. Przed rozpoczęciem przeciskania matryca jest zamykana przez domknięcie
ruchome

j połówki matrycy 4 (położenie domknięte ruchomej połówki matrycy zaznaczono na Rys. 1 linią

przerywaną) siłą zwierającą o odpowiednio dużej wartości. W narzędziach 2, 3 i 4 przeciskany jest
przyrostowo wsad płytkowy 1 o grubości a i szerokości wynikającej z zastosowanej matrycy. Proces
przeciskania prowadzony jest cyklicznie w taki sposób, aby w czasie pojedynczego cyklu roboczego doszło do
ścinania na określonej długości wsadu. Wielkość strefy ścinania regulowana jest przez posuw wsadu s.
Przesuwanie wsadu realizuje popychacz

5, który przemieszcza wsad wzdłuż odcinka wejściowego kanału

kątowego w czasie, gdy stempel 2 jest odsunięty od matrycy 3.

Zespół narzędziowy ISxS, schematycznie pokazany na Rys. 1, zamontowany jest w maszynie ISx.

Poszczególne narzędzia, a więc stempel 2, matryca stała 3 i zaciskająca 4, powiązane są z odpowiednimi
elementami tej maszyny. Maszyna ISx

składa się z 4 głównych elementów: B BIJAK – napędza stempel, Z ZACISK

–

zwiera połówki matrycy, P POPYCHACZ – realizuje posuw wsadu. Ich współdziałanie kontroluje układ sterowania

PRZYROSTOWE

–

1×90° przyrząd

ISxS

wsad

płyta

JG, LO

zszywka cwiczenie aa3 parametry ISxS_2015.docx

2

(sterownik PLC S7-1200). Operator maszyny wprowadza nastawy

1

za pomocą interfejsu HMI (panel dotykowy

KTP1000).

Zadania problemowe

Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie prób sprawdzających poprawność działania zespołów roboczych maszyny ISx.

W pierwszej kolejności będą przeprowadzone prace weryfikujące działanie napędów poszczególnych osi roboczych
maszyny, a więc B BIJAKa, Z ZACISKu i P POPYCHACZa. Skupiono się na sprawdzeniu wykonania pełnego cyklu
przy pracy na biegu luzem i pracy pod obciążeniem. Analiza danych dotyczy skoku wykonywanego przez stempel
(zsp.B), oceny

skuteczności działania zacisku zwierającego matryce (zsp.Z) i badaniu podawania wsadu przez popychacz

(zsp.P).

Wartości nastaw, które wprowadzono przed wykonaniem testów należy zestawić w formie tabelarycznej (arkuszu

nastaw).

Rys. 1. Podstawowe narzędzia przyrostowego
przeciskania IECAP prowadzonego na maszynie
ISx:
1-

WSAD poddawany przerobowi plastycznemu

2-

STEMPEL ścinający wsad

3-

MATRYCA stała kształtująca

4-

ZACISK (MATRYCA ruchoma zwierająca)

5-

POPYCHACZ realizujący posuw

a-

grubość wsadu

s-posuw wsadu na jeden cykl
B,Z,P-

zespoły konstrukcyjne maszyny ISx

Podczas testów,

za pomocą dostępnych czujników będą mierzone wybrane wielkości fizyczne, które należy traktować

jako parametry technologiczne operacji przyrostowego przeciskania IECAP. Zestawienie tych parametrów przedstawia
tablica 1. Wszystkie mierzone

wartości będą wyrażone w jednostkach mianowanych, a więc przemieszczenia w [mm], siły

w [kN], a ciśnienia w [MPa].

1

W celu ułatwienia wprowadzania nastaw przygotowano kartę instrukcji [

ISxT arkusz-nastawy04.doc

]

B: BIJAK

Z: ZACISK

P: POPYCHACZ

PRZYROSTOWE

–

1×90° przyrząd

ISxS

wsad

płyta

JG, LO

zszywka cwiczenie aa3 parametry ISxS_2015.docx

3

Tablica 1. Wielkości mierzone podczas pracy zespołów maszyny ISx przy przeciskaniu popychanych wsadów

Lp.

Parametr

Oznaczenie

Znaczenie

Zespół

1

Skok

stempla

Sp [mm]

Przemieszczenie liniowe stempla określające zbliżenie jego

czołowej powierzchni do roboczej powierzchni matrycy

(kształtującej wypraskę)

B –

BIJAK

napędzający

stempel

2

Siła ścinania

Fp [kN]

Siła z jaką BIJAK napędza skośnie działający stempel

ścinający wsad w odcinku wyjściowym kanału kątowego

3

Skok zacisku

Sc [mm]

Przemieszczenie

liniowe ruchomej połówki matrycy

zwierającej względem połówki stałej – ocena skuteczności

zwierania matryc

Z –

ZACISK

zwierający

matryce

4

Siła zacisku

Fc [kN]

Siła z jaką układ hydraulicznego zacisku zwiera połówki

matrycy zamykającej odcinek wejściowy kanału kątowego

5

Siła

popychania

Ffs [kN]

Siła z jaką popychacz popycha wsad na odcinku

odpowiadającym założonemu posuwowi wsadu

P –

POPYCHAC
Z

realizujący

posuw

6

Skok

popychacza

Sfs [mm]

Przemieszczenie liniowe trzpienia popychającego wsad

odpowiadające wartości posuwu na jeden cykl roboczy

przyrostowego przeciskania

Oprogramowanie pomiarowe

W celu wykonania testów

działania napędów osi roboczych maszyny

ISx przygotowano stacjonarny

układ DAQ

komputerowej rejestracji danych. Jest to układ wielokanałowy, który umożliwia rejestrację w czasie zmian
wielu

wielkości analogowych i cyfrowych (mierzone wielkości reprezentują siły z jakimi działają elementy

napędowe, przekazują dane o wykonywanych przemieszczeniach i informują o osiągnięciu wybranych
skrajnych położeń).

Sprzęt używany do REJESTRACJI to compact DAQ (NI cDAQ)

2

[

5

Schemat blokowy układu DAQ pokazano na

]. Jest to kompaktowy

przyrząd

pomiarowy o budowie

modułowej przeznaczony do współpracy zarówno z komputerami stacjonarnymi jak i

przenośnymi. Jego główną magistralą jest USB.

Rys. 2.

Wyniki

Na Rys. 3 pokazano

typowy

wykres zmiany w czasie położenia trzech elementów narzędziowych,

mianowicie: stempla ścinającego wsad Sp, popychacza podającego wsad Sfs i zacisku zwierającego matryce
Sc

. Przedstawiono dwa pełne cykle robocze przyrostowego przeciskania IECAP. Wykres pokazujący zmianę

w czasie ruchu stempla siły zacisku Fc reprezentowanej przez ciśnienie pokazano na Rys. 4. Jak zmienia się
siła Fp w układzie napędzającym stempel pokazuje Rys. 5.

2

System pomiarowy compact DAQ, dale nazywany w skrócie cDAQ jest produktem firmy National Instruments

PRZYROSTOWE

–

1×90° przyrząd

ISxS

wsad

płyta

JG, LO

zszywka cwiczenie aa3 parametry ISxS_2015.docx

4

Rys. 2. Schemat blokowy stacjonarnego

3

układu komputerowej rejestracji danych, w który wyposażono

maszynę ISx

Rys. 3. Wykres zmiany położenia stempla, popychacza i zacisku zarejestrowane w czasie biegu luzem

3

Układ „stacjonarny” DAQ jest przeznaczony do zapisu parametrów operacji technologicznych wykonywanych na

stanowisku MPH100. Schematy blokowe i montażowe poszczególnych torów pomiarowych zawiera zbiór [

schemat

DAQ MPH100 08.vsd

]

Sc

położenie zamknięte

Sp górne położenie

Sfs

końcowe położenie

Sp dolne położenie

Sfs

początkowe położenie

PRZYROSTOWE

–

1×90° przyrząd

ISxS

wsad

płyta

JG, LO

zszywka cwiczenie aa3 parametry ISxS_2015.docx

5

Rys. 4. Wykres zmiany siły zwierającej w czasie biegu luzem (UWAGA: siła reprezentowana przez ciśnienie
wyrażone w jednostkach umownych [V])

Rys. 5. Wykres zmiany siły bijaka napędzającego stempel w czasie biegu luzem (UWAGA: siła wyrażona w
jednostkach umownych [V])

Wskazówki do wykonania sprawozdania

(

poniższego tekstu z poleceniami NIE należy przenosić

do sprawozdania):

1. Zapoznać się z zawartością tekstowego zbioru *.DAT

4

2. Obliczenia prowadzić w arkuszu EXCEL według wytycznych podanych w [

szablon dla ISS2A1A1_1a.xlsx

]. Wyniki

obliczeń i analiz przedstawić w tablicy zbiorczej dołączonej do sprawozdania

, który zawiera dane pomiarowe uzyskane podczas

wykonywania ćwiczenia

3. W arkuszu EXCEL należy sporządzić wykresy zbiorcze oraz wykresy ilustrujące wyciąganie wniosków wynikających z

indywidualnych poleceń. Wykresy należy opisać podając informacje o charakterystycznych cechach prezentowanej
linii wykresu (zgodnie z wytycznymi podanymi na

Rys. 3

,

Rys. 4

i

Rys. 5

) oraz za pomocą linii wymiarowej zaznaczyć

na wykresie sposób dokonania odczytu wartości liczbowej będącej podstawą wnioskowania. Zaleca się rozróżnienie
linii wykresu przez użycie odmiennych ich rodzajów (linia ciągła i przerywana). Zastosować typ „punktowy z
wygładzonymi liniami”; przy opisie wartości na osi odciętych zwrócić uwagę, aby znaczniki główne miały przyrost o
stałej wartości liczbowej zaokrąglonej do liczb całkowitych, czas wyrazić w [s].

4

Instrukcję pobierania danych ze zbiorów *.dat do arkusza kalkulacyjnego EXCEL zapisano w załączniku [

Z-Fext obróbka

danych excelem 2007.docx

]

Sp górne położenie

Fc

stałe ciśnienie

F

p dolne położenie

Fp górn

e położenie

PRZYROSTOWE

–

1×90° przyrząd

ISxS

wsad

płyta

JG, LO

zszywka cwiczenie aa3 parametry ISxS_2015.docx

6

4. Wykresy należy przenieść z arkusza EXCEL do sprawozdania i umieścić na odpowiednich kartach wyników. W

sprawozdaniu powinny znaleźć się co najmniej dwie takie karty: (1) przedstawiająca zbiorcze wykresy
zarejestrowanych danych i (2) karta analizy danych opisująca sposób wykonania zadania problemowego

5. Sprawozdanie zakończyć WNIOSKAMI i spostrzeżeniami, adekwatnymi do uzyskanych wyników i przebiegu

ćwiczenia.

6. Sprawozdanie oddać w formie papierowej (karty wyników wymienione w punkcie 5) dołączając stronę tytułową z

listą uczestników

7. Wersję elektroniczną (dokumenty DOC przygotowane wg. powyższych wskazówek oraz arkusz EXCEL z wynikami

obliczeń) należy nagrać na płytkę CD i dołączyć do wersji papierowej sprawozdania – przy zapisie dokumentów do
nazwy dodać numer zespołu ćwiczeniowego, a więc odpowiednio A1, A2, B1, B2, C1 lub C2

Wnioski

Wnioski należy przedstawić w formie tabeli, której postać powinna być dostosowana do przebiegu ćwiczenia i
poleceń prowadzącego. Można wykorzystać poniżej prezentowany wzór tablicy wyników.

Tablica 2. Wyniki zbiorcze analizy danych pomiarowych przy przyrostowym przeciskaniu na maszynie ISx

Lp.

Analizowana wielkość fizyczna i jej znaczenie

Przyjęte oznaczenie wielkości

Uzyskana wartość liczbowa

1

Liczba zarejestrowanych cykli roboczych

n

cykli

2 cykle

2

Częstotliwość pracy maszyny ISx

f

robocza

? Hz

3

Amplituda przemieszczenia stempla (bieg luzem)

ΔS

stempla

? mm

4

Osiągnięte dolne położenie stempla (bieg luzem)

Sp

dół

(porównać z b

4

)

? mm

Literatura

1

]

L.Olejnik, A.Rosochowski: „Przyrostowy sposób przeciskania przez kanał kątowy”. Przegląd Mechaniczny. 68(2009)10,

pp.22-27 ISSN 0033-2259

http://217.96.20.91/cgi-bin/wwwisis.exe/%5Bin=pmnumer.in%5D?rok=2009&nr=10

2

Elementy karoserii samochodu osobowego wykonywane jako tailored blanks można zobaczyć na

http://www.e-

autonaprawa.pl/artykuly/31/blacharskie-naprawy-nadwozi-cz-v---identyfikacja-materialow.html

(maj 2014)

3

J.Goliński, L.Olejnik, A.Rosochowski: Kształtowanie przyrostowe wielofunkcyjnych pakietów blaszanych do tłoczenia.

Prace naukowe Politechniki Warszawskiej, seria Mechanika. z.267 (2015), pp.149-154. OWPW (ISSN 0137-2335)

4

L.Olejnik, J.Goliński, A.Rosochowski: Wytwarzanie wielofunkcyjnych blach techniką ścinania. ”. Prace naukowe

Politechniki Warszawskiej, seria Mechanika. z.267 (2015), pp.155-160. OWPW (ISBN 978-83-7814-370-3)

5

http://www.ni.com/dataacquisition/compactdaq