Mocowanie i wymiana narzędzi w prasach szybkobieżnych
Bezpieczeństwo i efektywność wymiany oraz mocowania narzędzi
Prasy są urządzeniami, które charakteryzują się szczególnymi wymagania w zakresie systemów mocowania oraz wymiany narzędzi. Wynika to głównie z gabarytu oraz masy narzędzi, które wpływają na zagrożenie i ryzyko. Manipulacja, nierzadko, bardzo dużymi i ciężkimi narzędziami jest trudna i szczególnie niebezpieczna dla operatorów jak i samej maszyny. W przypadku pras szybkobieżnych i automatów tłoczących sprawa ma się nieco inaczej. Narzędzia w tych prasach są zazwyczaj niewielkich gabarytów i osiągają masy kilkuset kilogramów.
W klasycznym przypadku, przy doborze elementów mocujących bierzemy pod uwagę wymiary i masę narzędzi oraz naciski i siłę wypychaczy prasy. Standardowo siła mocowania elementów mocujących (suma sił) musi być wyższa niż ekwiwalent masy najcięższego narzędzia i wynosić ok. 10…20% nacisków prasy. Specyfika pracy pras szybkobieżnych i osiągane bardzo duże prędkości suwaka powodują jednak inne spojrzenie na zagadnienie. W tej sytuacji krytyczna jest bowiem siła przyspieszenia. Prasy szybkobieżne i automaty tłoczące osiągają 2000 cykli / minutę. Przekłada się to na przyspieszenie do 50g. W takim przypadku, dla narzędzi o masie 500 kg (~5 kN) siła przyspieszenia osiąga 250 kN (ekwiwalent ok. 25 ton)! Tak dla takiej wartości należy zatem dobrać system mocowania.
Rysunek 1. Wykres zależności siły przyspieszenia w zależności od masy narzędzia.
Komponenty mocujące. Jak wspomniano na początku mniejsze gabaryty i szczególnie wysokie wymagania co do sił mocowania stawiają komponentom mocującym specyficzne wymagania. Popularne śruby mocujące mają kilka wad – są mało efektywne, siła mocowania jest w pełni zależna od operatora i jego rzetelności, brak możliwości jakiejkolwiek kontroli zamocowania czy też brak możliwości automatyzacji mocowania. Z tego względu poszukiwane są rozwiązania, które pozwolą na mocowanie w sposób eliminujący w/w wady.
Do efektywnego, bezpiecznego i sprawnego mocowania narzędzi w prasach szybkobieżnych mogą być wykorzystane głowice mocujące (rysunek 2), dociski kątowe (rysunek 3) czy też dociski suwliwe (rysunek 4). Te grupy komponentów cechują się kompaktowymi wymiarami i dużymi siłami mocowania (do 160 kN).
Rysunek 2. Głowice mocujące. Od lewej: hydrauliczna, mechaniczno-hydrauliczna, mechaniczna z kontrolą siły zamocowania (różowy pasek) (fot. Grupa Roemheld).
Rysunek 3. Dociski kątowe (fot. Grupa Roemheld).
Rysunek 4. Dociski suwliwe. Po lewej wersja hydrauliczna, po prawej mechaniczna (fot. Grupa Roemheld).
Każda z wspomnianych grup produktów charakteryzuje się pewnymi cechami szczególnymi, pozwalającymi dopasować komponent mocujący do konkretnej aplikacji i konkretnych narzędzi.
Pierwszą istotną sprawą, zaraz po określeniu wymaganej siły mocowania, jest doprecyzowanie sposobu mocowania: czy będzie to poprzez rowek T-eowy w stole/suwaku prasy czy komponent będzie zamocowany bezpośrednio do stołu.
Kolejną ważna kwestią jest usystematyzowanie wymiarów narzędzia i wysokości krawędzi mocowania. W przypadku głowic mocujących zazwyczaj jest możliwość regulacji wysokości mocowania poprzez dopasowanie śruby. Wkręcenie lub wykręcenie śruby z korpusu głowicy zmienia funkcyjny wymiar mocowania. Dociski kątowe i dociski suwliwe nie mają takiej możliwości – wysokość krawędzi narzędzi musi być stała, jednak dzięki temu eliminowane jest ryzyko pomyłki w dopasowaniu wymiaru mocowania.
Manipulacja i transport narzędzi. Masy narzędzi w prasach szybkobieżnych i automatycznych choć są stosunkowo niewielkie to jednak wciąż wymagają specjalnych urządzeń pomocniczych, pozwalających na bezpieczną manipulację. Masy narzędzi osiągają najczęściej kilkaset kilogramów. Niezbędne jest tez bardzo dokładne ustawienie narzędzia na stole prasy, wpływające na proces technologiczny tłoczenia. Przesuwanie narzędzia po stole bez jakichkolwiek urządzeń pomocniczych jest trudne, niebezpieczne, mało precyzyjne i destrukcyjne dla stołu i narzędzia. Aby usprawnić ten proces w stole prasy montowane są listwy kulkowe lub rolkowe (rysunek 5). Kulki/rolki w listwach unoszone są za pomocą pakietu sprężyn lub hydraulicznie odsuwając narzędzie ok. 2 mm od powierzchni stołu, tym samym znacząco redukując współczynnik tarcia. W praktyce odczuwany ciężar narzędzia przesuwanego po listwach kulkowych/rolkowych jest zdecydowanie mniejszy i pozwala na bezpieczne manipulowanie narzędziem bezpośrednio przez operatora. Zależy to głównie od stanu powierzchni narzędzia, jej twardości i czystości i wynosi zazwyczaj ok. 1…10% masy rzeczywistej narzędzia.
Rysunek 5. Listwy rolkowe i kulkowe oraz wkłady kulkowe.
Istotnym urządzeniem pomocniczym, pozwalającym na bezpieczne i pewne załadowanie narzędzia są konsole nośne. Konsole (rysunek 6), składające się z dwóch ramion wyposażonych w rolki, mocowane są do stołu prasy i służą do pewnego odebrania narzędzia np. z wózka widłowego, suwnicy czy też wózka pomocniczego. Narzędzie przesuwane jest następnie po ramionach do przestrzeni roboczej, w której przemieszczają się po listwach rolkowych lub kulkowych. Podobnie rzecz się ma w przypadku demontażu narzędzia – zsuwamy je z przestrzeni prasy na ramiona, skąd narzędzie może być pobrane i odstawione w miejsce przechowywania.
Rysunek 6. Konsole transportowe: wersja składana, podparta i wisząca. (fot. Grupa Roemheld)
Ostatnią grupą urządzeń wchodzących do asortymentu produktów pomocniczych są wózki transportowe (rysunek 7). Są to urządzenia transportu bliskiego, dzięki którym operator ma możliwość samodzielnego przemieszczania narzędzia z pola odkładczego do miejsca przeznaczenia bez konieczności angażowania wózków widłowych czy też suwnicy. Wózki transportowe występują w wersjach z i bez napędu pomocniczego i pozwalają przemieszczać narzędzia o masie 500…4000 kg i obsługują szerokie spektrum wysokości, pozwalając na załadunek narzędzi na różne stoły czy też regały.
Rysunek 7. Wózki pomocnicze do transportu narzędzi. (fot. Grupa Roemheld)
Najważniejszymi cechami wszystkich urządzeń pomocniczych są bezpieczeństwo i efektywność. Druga kwestia uzyskiwana jest poprzez wspomniany szeroki zakres roboczy, optymalne wymiary stołu transportowego czy też łatwość operowania i sterowania wózkiem. Kwestia bezpieczeństwa jest bardziej złożona. Aby ułatwić zsuwanie narzędzia z/na platformę wózka wyposaża się ją we wkłady kulkowe. To z kolei stanowiłoby zagrożenie w trakcie jazdy wózkiem, gdyż narzędzie mogło by się przesunąć w sposób niekontrolowany. Z tego względu wprowadza się różnego rodzaju zabezpieczenia, z których szczególnie godny uwagi jest system dokowania stosowany w wózkach Roemheld-Hilma (rysunek 8).
Rysunek 8. System chowanych kulek w platformie – po lewej pozycja transportu, po prawej pozycja zadokowania. (Roemheld-Hilma)
Kulki w platformie wózka unoszą się (podnosząc narzędzie) tylko w przypadku poprawnego zadokowania wózka w specjalnych hakach, mocowanych do prasy lub regału. W pozycji transportowej kulki schowane są pod powierzchnią stołu, a narzędzie leżu na płaskiej platformie. W ten sposób zabezpieczone jest przed nieoczekiwanym przesunięciem.
Prasy szybkobieżne i automaty tłoczące należy traktować jak klasyczne prasy, ale o szczególnych wymaganiach wynikających z małych wymiarów narzędzi i konieczności zapewnienia wysokich sił mocowania. Rozwiązania dostępne na rynku pozwalają dopasować system mocowania do wymagań, zwiększając efektywność i, co najważniejsze, bezpieczeństwo procesu. Urządzenia pomocnicze znacznie usprawniają wymianę narzędzi i skracają czas przestoju, redukując tym samym koszty. Monitorowanie ciśnienia zasilania w hydraulicznych komponentach mocujących umożliwia ciągłą kontrolę zamocowania, zapewniając odpowiedni poziom bezpieczeństwa dla maszyny, procesu i operatora. Użytkownicy tego typu urządzeń mają zatem możliwość zwiększenia efektywności i bezpieczeństwa pracy oraz redukcję kosztów wynikających z nieproduktywnych czasów przestoju.
dr inż. Maciej Boldys (INMET-BTH)