Сложное изгибание деталей из листового металла: планирование на основе обратного переноса

Автор: Марк Хэнкс

Изгиб деталей сложного листового металла требует планирования ряда этапов для оптимизации производительности, предотвращения столкновений с инструментами и повышения эффективности процесса. Она широко распространена в производстве многих продуктов в домашней, автомобильной и аэрокосмической промышленности, а также в строительстве и ремонте судов. С появлением современных методов проектирования и производства, таких как системы CAD-систем и программируемые пресс-тормоза с ЧПУ, необходимость автоматизировать планирование процесса изгибания стала ещё более важной.

Введение

При работе с изгибом сложных металлических компонентов большую часть работы выполняет оператор. Инженер отвечает за ручной выбор соответствующих инструментов и проектирование последовательности изгиба для каждого компонента, что особенно обременительно для компонентов с большим количеством изгибов и сложной геометрией. Методы, которые обычно используются, по своей сути итеративны и очень неэффективны.

Оптимизация последовательности изгиба пресс-тормозов с ЧПУ — важная тема повышения эффективности производства при производстве сложных листовых металлических компонентов.

Внедрение современных технологий CAD/CAM и CNC привело к разработке мощных систем моделирования и программирования изгиба. Эти автоматизированные системы планирования процессов гибки листового металла позволяют сократить время ручного программирования и помочь производителям достичь хорошего качества изгиба.

например:

• Radan (Planit, Великобритания): расчет процессов 3D-листового металла и планирование последовательности изгиба

• MBend (Metalix, Израиль): моделирование изгибания и планирование процессов сложных 3D-деталей.

• DA-66S / DA-69S (Delem, Нидерланды): интегрирует 3D-оптимизацию последовательностей изгибания в контроллеры пресс-тормозов ЧПУ.

Основная задача программирования изгибов — планирование последовательностей. Для компонента с N изгибами теоретическое пространство последовательностей достигает N! Возможности. Среди этих комбинаций только некоторые последовательности возможны из-за геометрических ограничений и риска столкновений.

В этой статье представлен эффективный алгоритм планирования процессов, основанный на обратном переносе состояний. Применяя обратное мышление, алгоритм уменьшает ненужные тесты на осуществимость изгиба, устраняет недопустимые последовательности раньше и получает все возможные последовательности изгибания с повышенной вычислительной эффективностью.

Почему сложное изгиб листового металла требует продвинутого, планирования процессов

На изгиб листовых металлов высокой сложности влияет множество факторов. К ним относятся прямолинейность, точность углов, план процесса изгиба, а также выбор инструментов и уровень возможностей оборудования и операторов. Даже при использовании современного и точного оборудования, такого как пресс-тормоз, плохое планирование процесса приведёт к неэффективному производству и несогласованности угла изгиба и размеров.

Таким образом, продвинутое планирование критически важно при производстве сложных листовых металлических компонентов для точной настройки и оптимизации каждого аспекта процесса изгиба. Это включает расчёт плоского узора, последовательности изгиба, выбор инструментов и конфигурацию параметров изгиба.

1. Размерная точность

Точность размеров изогнутых компонентов зависит от параметров изгиба, точности задней калибровки пресс-тормоза, точности выреза заготовки из листового металла и точности плоского узора.

В целом, точность резки лазерных резных и пробивающих машин, а также точность позиционирования по задней манере у высококлассных пресс-тормозов с ЧПУ удовлетворяют большинство производственных потребностей. Тем не менее, точность плоских узоров игнорируется при производстве.

При разворачивании моделей листового металла применяются различные методы расчёта, такие как K-фактор на основе стандарта DIN и метод дважды толщины материала. Эти методы в первую очередь учитывают угол изгиба, тип материала и толщину листа.

Тем не менее, размеры плоского узора зависят не только от параметров материала и процесса изгиба, но и от инструментов для гибки. Один и тот же материал и толщина могут давать разные развитые размеры в зависимости от конструкции инструментов, открытых зазоров V-образных штампов и радиусов изгиба.

В результате JS RAGOS провёл множество практических испытаний на изгиб и создал эмпирическую базу данных изгиба, используя реальные производственные данные. Эта база данных позволяет оптимизировать вычисления плоских узоров, обеспечивает более точные проработанные размеры и повышает точность производства сложных листовых металлических компонентов.

2. Прямолинейность и согласованность угла

Высокие формующие силы при изгибе приводят к упругой деформации рабочего стола и тарана машины. Это отклонение вызывает изменения угла изгиба вдоль длины изгиба, особенно заметно в середине изгиба заготовки.

Для достижения равномерных углов изгиба вдоль длины изгиба большинство пресс-тормозов используют систему коронок для устранения рабочего стола и отклонения тарана.

Системы коронки используются для повышения точности и согласованности углов. Если общая конструкция машины пресс-тормоза слаба, то системе, скорее всего, придётся компенсировать недостаток точности и согласованности, что вредит прямолинейности заготовки.

Крайне важно иметь прочную пресс-тормозную конструкцию при производстве сложных компонентов.

Пресс-тормоза JS RAGOS оснащены системой таран и рабочим столом с более прочной и прочной конструкцией, что улучшает общую конструкцию машины. Это приводит к тому, что рама и рабочий стол испытывают гораздо меньшее отклонение при одинаковой нагрузке на изгиб. Таким образом, небольшое количество коронки позволяет добиться точности и согласованности угла, а также повысить точность по всей длине изгиба.

3. Выбор инструмента и смена инструментов

Изгиб сложных металлических компонентов сильно зависит от выбора подходящих инструментов.

Верхний и нижний инструменты должны соответствовать материалу, толщине листа, длине изгиба и геометрии заготовки. Неправильное использование инструментов может привести к столкновениям изгиба, ошибкам угла или деформации заготовки.

В реальном производстве эффективна быстрая установка и замена инструментов.

Индустрия пресс-тормозов создала разнообразные инструменты для удовлетворения различных потребностей отрасли.

ЧПУ с регулируемым открывающимся нижним штампом: Это система на больших пресс-тормозах, которая позволяет автоматически регулировать отверстие V-образного штампа под толщину листа. Эта система обеспечивает большую гибкость в производстве.

Система роторных двух инструментов: Эта система позволяет быстро заменить два верхних инструмента, каждый с разными профилями, с помощью качающегося или вращающегося механизма.

Сегментированная верхняя инструментальная система: Эта система состоит из держателя инструмента, который постоянно закрепляется на станке, с сегментами инструмента, которые можно выбрать с разными профилями и радиусами. Эта система повышает эффективность перестановки, исключая замену держателя инструмента.

• Планирование последовательности изгибов

Последовательность изгиба имеет большое значение при обработке сложных металлических деталей.

Современные пресс-тормоза с ЧПУ способны использовать системы управления, такие как Delem DA66S и DA69, ESA S875 и другие, для проведения 3D-программирования и симуляцииns. После импорта модели детали эти системы могут автоматически строить и оптимизировать последовательность изгиба.

Управление Delem DA53Tx и DA58Tx также поддерживает 2D-программирование. Эти достижения значительно сокращают время, необходимое для ручного программирования, и повышают точность, стабильность и эффективность производства деталей с высоким уровнем сложности.

Современные пресс-тормозные системы с ЧПУ для сложных листовых металлических компонентов

Традиционные системы пресс-торможения вместе с определённым опытом и мастерством оператора больше не способны удовлетворить требования современного, высокоточного и высокоэффективного производства сложных листовых металлических компонентов.

Пресс-тормоза нового поколения ЧПУ способны сочетать современные системы управления, автоматизацию, высокоточную гидравллику, а также современные системы инструментов и износных компонентов. В результате достигаются значительные улучшения в точности изгиба, эффективности, повторяемости и стабильности производственных процессов для сложных листовых металлических компонентов.

---

Как пресс-тормоза с ЧПУ улучшают производство сложного листового металла

Современные требования к изготовлению сложных металлических деталей требуют более высокой точности и эффективности, чем традиционное изгибальное оборудование и навыки оператора. Современные пресс-тормоза с ЧПУ (компьютерное числовое управление) используют передовые системы ЧПУ и сочетают гидравлическое управление, оптимизацию наборов инструментов и различные методы автоматизации для повышения точности, эффективности и общей стабильности при производстве сложных листовых металлических компонентов.

1. Современная система управления ЧПУ повышает эффективность программирования

При производстве сложного изогнутого листового металла важную роль играет современная система ЧПУ.

Высококлассные пресс-тормоза с ЧПУ часто оснащаются специализированными системами управления изгибом, такими как:

- Delem DA66S и DA69S

- ESA S875

- Cybelec CT12 и VP88

Эти системы обеспечивают 2D и 3D-графику, а также возможность имитации изгибов и автоматических расчётов для последовательностей изгиба. Эти системы позволяют операторам выявлять проблемы, которые могут возникнуть в производстве, такие как:

- Пригодность последовательности изгибания

- Будет ли деталь мешать инструменту

- Если деталь будет блокировать задний датчик

Программное обеспечение с ЧПУ позволяет моделировать и оптимизировать процесс, что значительно снижает количество необходимых пробных изгибов. Программное обеспечение предоставляет инструкции по изгибу, которые помогают повысить точность программирования и сократить время программирования, тем самым повышая общую эффективность производства сложных деталей из листового металла.

2. Правильный выбор инструмента снижает операции изгиба

При производстве сложных деталей крайне важно выбрать правильные инструменты для изгибания.

Пример ограничений использования метода формования, включающего несколько ступеней изгиба в сочетании с пуансоном с острым углом, — это если вам нужно создать заготовку с изогнутым профилем. Помимо сложностей с поддержанием стабильной кривизны и точности профиля, этот метод также очень неэффективен из-за большого количества шагов изгиба.

Если используется пуансон с радиусом, например пуансон R10, R20 или R30, радиус можно создать более эффективно благодаря значительному уменьшению количества шагов изгиба.

Для заготовок с замысловатыми профилями можно использовать индивидуальные формовочные инструменты для достижения профиля за один шаг изгиба, что также значительно сокращает время обработки изделия.

В сложном производстве листового металла выбор инструмента существенно влияет не только на точность изгиба, но и на общую эффективность производственного процесса.

3. Измерение угла в реальном времени и автоматическая компенсация угла

Для листовых металлических деталей со сложной геометрией достижение согласованности углов изгиба во время производства затруднено из-за непредсказуемого поведения материала и откачки.

Пресс-тормоз с ЧПУ, оснащённый системой измерения угла изгиба в реальном времени, способен распознавать произошедший угол изгиба и автоматически корректировать этот изгиб.

 

Обнаружение столкновений при автоматическом изгибе листового металла

Сложная операция по изгибу листового металла состоит из двух основных этапов: позиционирования и изгиба.

Во время позиционирования заготовка выравнивается с центральной линией нижней поверхности инструмента (рисунок 1a). Во время сгибания верхний инструмент смещается вниз и формирует лист вдоль линии изгиба, чтобы достичь необходимого угла (рисунок 1b).

b Изгиб

Рисунок 1: Схематическая схема процесса изгиба: (а) позиционирование, (б) изгиб

Для детали с четырьмя изгибами (B1–B4) заготовка содержит пять плоских граней (F1–F5). Обнаружение столкновений должно оценивать возможные помехи между листовым металлом, верхним инструментом, нижним инструментом, зажимами и задним калибром как на этапе позиционирования, так и на этапе изгиба.

Только когда операция по изгибу проходит обе проверки столкновений, это можно считать возможным. Таким образом, полная последовательность изгиба возможна только тогда, когда каждый отдельный изгиб удовлетворяет требованию осуществимости.

Сравнение методов прямого и обратного переноса

 

Традиционные методы оптимизации, такие как генетические алгоритмы, рассматривают каждую последовательность изгибания независимо внутри большого N! Пространство решений. Это приводит к повторным вычислениям и ограниченному повторному использованию ранее полученной информации.

Предлагаемый метод на основе состояния представляет операции изгиба как передаваемые состояния процесса. Каждый штат ведёт информацию о технико-экономически обоснованных условиях и предоставляет справочные знания для последующих расчётов.

Определения штатов

Для части с положениями N для изгиба:

• N больших состояний (BS): представляют стадии прогрессивного изгибания.

• N малых состояний (SS): Представляют возможные положения изгибания внутри каждого этапа.

Полная система содержит состояния N², обозначаемые как

BSiSSj

где i — количественный параметр ступени сгибания, а j — параметр выбранной позиции изгиба.

Каждое состояние сохраняет результаты тестов на столкновения и, таким образом, предоставляет повторно используемую базу знаний.

Механизмы передачи

Механизм обратного переноса состояния следует трём принципам:

1. Большие состояния передают информацию согласно последовательности изгиба.
2. Малые государства внутри одного и того же крупного государства остаются независимыми.
3. Одинаковые малые государства между соседними крупными государствами не передают информацию напрямую.

Алгоритм получает данные о допустимости предыдущего состояния и объединяет их с существующими данными положения изгиба перед вычислением нового состояния. Эта информация строит матрицу переноса состояний N × N. В этой матрице строки — состояния BS, а столбцы — состояния SS.

Рисунок 2: Примерная часть с четырьмя изгибами.

Рисунок 3: Матрица обратного переноса состояний (4×4)

Пример — Четырёхизгибная деталь

Для иллюстрации процесса обратной передачи в состоянии используется деталь с четырьмя изгибами. Каждое положение изгиба пронумеровано, как показано на рисунке 2, а соответствующая матрица обратного переноса показана на рисунке 3.

Начальное большое государство (BS₄)

Обратный расчет начинается с финального этапа изгиба, BS₄. Поскольку предыдущей информации о состоянии не существует, каждая позиция SS должна быть независимо проверена.

Позиции BS₄SS₁ и BS₄SS₄ вызывают столкновения с помощью инструментов (рисунки 4a и 4d), тогда как BS₄SS₂ и BS₄SS₃ проходят обнаружение столкновений (рисунки 4b и 4c).

Данные о осуществимости, хранящиеся в BS₄, становятся следующими:

• BS₄SS₂: {[2]}

• BS₄SS₃: {[3]}

Рисунок 4: Тесты на осуществимость изгиба BS₄ (a)-(d)

Последующие крупные государства

После расчёта BS₄ предыдущие данные о осуществимости передаются назад в BS₃, BS₂ и BS₁.

Для каждого состояния BSiSSj алгоритм:

1. Извлекает возможные наборы изгибания из BS(i 1).
2. Объединяет предыдущую информацию о последовательности с текущей позицией.
3. Проводится тестирование на столкновение только с необходимыми кандидатами.
4. Сохраняет проверенные последовательности как новые данные о осуществимости.

Рисунок 5: Итоговая матрица обратного переноса состояния

Например, BS₃SS₁ получает тестовое множество:

{[1,2], [1,3]}

Последовательность [3,4,1,2] проходит обнаружение столкновений, а [2,4,1,3] не работает из-за помех (рисунок 6a и рисунок 6b). Таким образом, BS₃SS₁ хранит:

{[1,2]}

Аналогично:

• BS₃SS₂: {[2,3]}

• BS₃SS₃: {[3,2]}

• BS₃SS₄: {[4,3]}

Для вычислений BS₂ дублирующиеся комбинации исключаются, чтобы избежать ненужных тестов. Полученные данные о осуществимости включают:

• BS₂SS₁: {[1,2,3], [1,3,2]}

• BS₂SS₂: {[2,4,3]}

• BS₂SS₃: {[3,1,2]}

• BS₂SS₄: {[4,2,3], [4,3,2]}

Рисунок 6: Тесты на осуществимость изгибов в последующих BS

Выбор направления передачи по штату

В матрице переноса состояний состояния SS остаются независимыми, поскольку каждое положение изгиба обрабатывается только один раз. Направление передачи между BS-состояниями определяется геометрической эволюцией формования листового металла.

В физическом производстве изгиб листового металла проходит от плоской заготовки к конечному сформованному компоненту. Этот процесс следует естественному движению вперёд от BS₁ к BSn.

Однако в программной среде обратное преобразование — от конечной сформированной геометрии обратно к плоской пустоте — также может быть смоделировано. Это позволяет рассуждать обратно посредством обратного переноса состояния из BSn в BS₁.

Разница эффективности между прямым и обратным переносом в основном зависит от того, когда устраняются недопустимые состояния изгиба.

Таблица 1: Сравнение характеристик прямой и обратной передачи

Аспект	Трансфер вперёд	Обратная передача
Стартовый штат	Плоский бланк	Полностью сформированная часть
Начальный уровень помех	Низкий	Высокий
Устранение недействительного состояния	Происходит позже	Встречается раньше
Опыт распространения	Больше недействительных штатов, переведённых	Недействительные штаты, быстро удаленные
Общие требования к экзаменам	Верхний	Нижний

Сравнение направления передачи штатов

Для оценки эффективности различных направлений передачи в качестве тестовой модели была выбрана деталь из листового металла с восемью изгибами (рисунок 7e).

Таблица 1 показывает показатели тестов на изгибаемость и результаты сдачи в репрезентативных штатах. Рисунок 8 сравнивает общую эффективность расчёта между методами прямой и обратной передачи.

Рисунок 7: Пробная деталь с 8 изгибами

Таблица 2: Сравнение данных о ключевом состоянии между прямой и обратной передачей

Штат	BS₁	BS₂	BS₇	BS₈
Трансфер вперёд	Тест: 8	Тест: 56	Тест: 2328	Тест: 1120
	Пропуск: 8	Проход: 40	Пропуск: 1120	Проезд: 540
Обратная передача	Тест: 540	Тест: 840	Тест: 28	Тест: 8
	Проезд: 540	Проезд: 540	Пас: 14	Пропуск: 4

В режиме прямой передачи начальное плоское пустое состояние содержит меньше геометрических ограничений. Таким образом, почти все операции по изгибу проходят технико-экономическое обоснование на начальном этапе. Однако по мере усложнения формы недопустимые последовательности накапливаются и продолжают передаваться в более поздние состояния. При BS₈ значительное количество сгенерированных последовательностей всё ещё требует отклонения.

В отличие от этого, обратный перенос начинается с почти сформированной компоненты, где геометрическая интерференция более вероятна. Неправильные положения изгиба выявляются сразу на начальном этапе расчёта. В результате меньше невыполнимых последовательностей переносится в последующие состояния.

Это различие показано на рисунке 8. Сплошные линии отображают общую сумму накопленных данных о технико-обоснованной проверке до проверки. Подтверждённые действительные последовательности изгибания представлены пунктирными линиями. Пространство между двумя кривыми показывает отсутствие валидных процессных переживаний.

Прямой перенос порождает большое количество недопустимых состояний и требует значительно большего количества испытаний на столкновения. Обратный перенос позволяет избежать недопустимых состояний на ранних этапах процесса, генерирует меньший набор тестов и, следовательно, повышает общую эффективность планирования.

Рисунок 8: Количество тестов в режимах прямой и обратной передачи

Заключение

Обнаружение столкновений при изгибе листового металла требует проверки последовательности каждой операции изгиба. Каждая операция изгиба проверяется путем проверки, происходит ли столкновение с окружающей средой. Осуществимость каждой операции изгиба определяется путем проверки, возможно ли её выполнение без столкновения.

Алгоритм обратного переноса состояний решает эту проблему, используя обратный перенос и рассуждение для валидации процесса различных состояний изгиба.

Основное преимущество алгоритма обратного переноса состояний заключается:

• Снижение расходов: удалены некорректные последовательности изгибов и ненужные расчёты для обнаружения столкновений.

• Полные последовательности: конечное состояние позволяет определить все допустимые последовательности изгиба.

• Знание предыдущих состояний: информация о осуществимости штата учитывается при расчёте следующих состояний.

• Процессы планирования разного масштаба: матричная структура позволяет создавать компоненты с разным количеством операций изгиба.

Тестирование на столкновения и применение обратного перехода состояния доказали свою эффективность и точность планирования изгиба сложных листовых металлических компонентов. Алгоритм предлагает производителям решение для создания последовательности изгиба, которая является возможной и позволяет дополнительно оптимизировать производство, инструменты и ограничения производственного процесса.

Ищете инновационные методы гибки листового металла? Современные пресс-тормозы и системы изгиба, предоставляемые JS RAGOS, направлены на повышение эффективности, точности и надёжности в производстве. Сотрудничайте с нашими опытными инженерами, чтобы разработать лучшее индивидуальное решение для ваших потребностей в области металлообработки.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Каково значение планирования в последовательностях изгиба?

Планирование последовательностей изгибов помогает избежать столкновений и ненужных итераций в производственных испытаниях. Это также повышает точность.

Вопрос 2: С какими трудностями сталкивается сложная изгибание листового металла?

Сложности при сложном изгибе листового металла включают сочетания больших последовательностей, эффективность планирования и помехи инструментов.

Вопрос 3: Каково влияние обратной передачи состояния на планирование последовательности изгиба?

Обратный перенос состояний помогает устранить недопустимые последовательности, что приводит к снижению ненужных проверок на осуществимость.

Вопрос 4: Что такое тест на осуществимость изгиба?

Тест на технико-экономическое обоснование изгиба проверяет, приведёт ли процесс изгибания к столкновению заготовки, инструмента или обоих факторов.

Q5 Как программное обеспечение для тормозов с ЧПУ оптимизирует последовательность изгиба?

Программное обеспечение для пресс-тормозов с ЧПУмочьоптимизировать последовательности изгибаниячерез анализ частей 3D-рисунка заготовок, инструментов Формы запасенныйВ библиотеке инструментови симуляционный потенциал Риски столкновенияво время процесса сгибания. Когда клиенты выбирают конфигурацию пресс-тормоза, они могут рассмотреть возможность использования Современные ЧПУ-системы, такие как Delem DA66S, DA69S, DA58TX, ESA S875 и Cybelec CT12/VP88которые поддерживают2D/3D графическое программирование,2D/3D импорт,Симуляция изгиба и автоматический расчет последовательности изгиба.

До фактического производства, Операторы могут проверять возможные помехи между заготовкой, инструментами и задней манометриейПозиция T3D-симуляция с набережнойгенерироватьСамая эффективная последовательность изгибанияк Ускорить программирование, сократить время ручного изгибания и повысить стабильность и стабильность производства при производстве сложных листовых металлических компонентов.