PROGETTAZIONE DI UNA MACCHINA PIEGHEVOLE DI MODO OPERATIVA DOPPIA

È stata progettata una piegatrice per fogli che può essere azionata idraulicamente da due cilindri idraulici o manualmente (con i cilindri disinnestati). L'esigenza progettuale è scaturita dal teso sistema di reti elettriche nazionali che negli ultimi anni ha visto gli industriali e le famiglie in Zimbabwe subire importanti interruzioni di corrente. La macchina consente ai produttori di pianificare lavori più pesanti durante i periodi in cui l'alimentazione è attiva e lavori più leggeri durante i periodi di interruzione dell'alimentazione, quindi gestiscono le loro officine durante i turni di produzione giornalieri. I due cilindri idraulici possono essere disinnestati dal raggio di piegatura della macchina in modo che l'operazione manuale possa essere effettuata attraverso un sistema di leva di serraggio manuale. La forza di piegatura a piena capacità è 294,6 KN (29,46 Ton), una lunghezza di piegatura totale di 1,8 me un'altezza di lavoro di 1 m. La forza di piegatura diminuisce significativamente nella modalità di funzionamento manuale a 500 N, considerando che in media un'operazione può esercitare manualmente quella forza. È stata utilizzata una versione per studenti di Simulation X 3.5 per simulare il funzionamento idraulico della macchina.

  INTRODUZIONE Piegatura di lamiere e conti pieghevoli per la produzione di una vasta gamma di beni durevoli di consumo. La domanda di beni che completamente o almeno in parte comprendono pezzi di lamiera piegata promette di rimanere alta. I prodotti tipici realizzati con la piegatura della lamiera comprendono custodie, scatole elettriche, involucri per dispositivi elettrici ed elettronici, vassoi, coperchi, canali, condotti d'aria e camini. Il pape articolerà il progetto dei componenti della piegatrice che comprende la trave pieghevole, la barra di serraggio, l'impianto idraulico, la selezione di una pompa per alimentare l'impianto idraulico, la progettazione delle connessioni dei cilindri idraulici in modo che possano essere facilmente disinnestato dalla modalità idraulica alla modalità manuale. Attualmente la maggior parte delle piegatrici per lamiera disponibili viene azionata manualmente mentre esistono poche macchine idrauliche. Il funzionamento delle piegatrici idrauliche è fortemente influenzato dalle interruzioni di corrente e quindi dalla necessità di una macchina che funzioni sia in modalità idraulica che manuale. La progettazione di una macchina con doppia modalità operativa offre ai produttori maggiore flessibilità su risorse limitate rispetto all'acquisto di due macchine con diverse modalità operative, in modo che l'altra possa essere accantonata in assenza di alimentazione. Per risolvere questo problema, questo articolo si concentra sulla progettazione della piegatrice in lamiera dual-mode che ha la possibilità di essere disinnestata dalla modalità idraulica alla modalità manuale nel più breve periodo di tempo. Con la crescita delle piccole e medie imprese (PMI) in tutto il mondo, la piegatrice può essere utilizzata per produrre un'ampia gamma di prodotti in piccole fabbriche per il mercato locale e mercati esteri con un basso consumo energetico poiché gli operatori possono scegliere di passare a la modalità manuale anche durante i periodi in cui è presente l'alimentazione.

CLASSIFICAZIONE DEI PROCESSI DI PIEGATURA DEL METALLO LAMIERO

  Vi sono varie operazioni di lavorazione della lamiera, ad esempio taglio e piegatura laser, punzonatura, imbutitura e ridisegno, piegatura, formatura incrementale, tranciatura e tranciatura, stiro, idroformatura gomma, filatura e formazione di esplosivi (Groover, 2010). Il piegamento lungo una linea retta è il più comune tra tutti i processi di formatura dei fogli; può essere fatto in vari modi, ad esempio formando lungo la piega completa di uno stampo, o pulendo, piegando o flangiato in macchine speciali o facendo scivolare il foglio su un raggio in uno stampo (Marciniak, 2002). I termini piegatura e piegatura sono genericamente utilizzati nell'industria della lamiera e ampiamente intercambiabili nel linguaggio comune, per essere precisi, il termine "piegatura" si riferisce agli angoli acuti con un raggio di curvatura minimo e il termine "piegatura" si riferisce a deflessioni relativamente ampi raggi d'angolo. La piegatura e la piegatura comportano la deformazione del materiale lungo una linea retta solo in due dimensioni (Timings, 2008).

Flessione mediante Presse

  La piegatura è un processo di formatura del metallo in cui una forza viene applicata a un pezzo di lamiera causandone la piegatura ad un angolo e formando la forma desiderata (Manar, 2013). Il processo viene tipicamente eseguito su una macchina chiamata pressa piegatrice che può essere azionata manualmente o automaticamente. Per piegare la lamiera, un utensile inferiore (stampo) è montato su una trave fissa (letto) inferiore e uno strumento superiore (punzone) è montato su una traversa superiore mobile (ram) (Simons, 2006). È anche possibile la configurazione opposta. La piegatura produce una forma a V, una forma a U o una forma del canale lungo un asse rettilineo in materiali duttili, più comunemente lamiera. Le attrezzature comunemente utilizzate comprendono freni box e pan, presse dei freni e altre macchine speciali. Una tipica pressa piegatrice è illustrata nella Figura 1.

  La piegatura a V può essere utilizzata in due modi diversi: per "piegatura ad aria" o per "fondo". In aria che si piega, il punzone si ferma a una certa distanza sopra il fondo. Il set di matrici può essere utilizzato per piegare con qualsiasi angolo maggiore di 85 °. Lo stampo in basso piega la lamiera ad un angolo dello stampo, che può essere di 90 ° o di qualsiasi altro angolo. Entrambi i tipi di piegatura a V consentono la piegatura eccessiva, il che significa che è possibile produrre piegature a 90 °. La Figura 2 mostra i set di matrici di piegatura a V.

Piegatrici in lamiera

  Il processo di piegatura della lamiera viene eseguito su una piegatrice per lamiera. La macchina è costituita da una barra di serraggio che trattiene il pezzo di lamiera e una trave pieghevole che esegue l'operazione di piegatura. Il braccio di serraggio è costituito da una lama di serraggio rimovibile e il raggio di piegatura di un segmento rigido e rimovibile, questo consente di sostituire i segmenti danneggiati. Un'altra caratteristica della piegatrice è un calibro posteriore che consente la massima ripetibilità del lavoro. Sono disponibili due tipi di piegatrici per lamiere, una alimentata idraulicamente e una che funziona manualmente. Le piegatrici manuali presentano tuttavia alcuni svantaggi in quanto non favoriscono tassi di produzione, qualità o ripetibilità più elevati; tuttavia sono adatti per carichi di lavoro leggeri con bassa programmazione. Le piegatrici idrauliche in lamiera compensano gli svantaggi delle piegatrici manuali in lamiera, ma hanno una limitazione nel fatto che sono interessate da interruzioni di corrente. Quindi il design su una piegatrice che funziona sia in modalità idraulica che manuale ridurrà al minimo l'impatto delle interruzioni di corrente sulla velocità di produzione e allo stesso tempo migliorerà il lavoro di qualità attraverso la pianificazione di carichi di lavoro leggeri durante i periodi di interruzioni di corrente e la programmazione di altri carichi di lavoro impegnativi durante i periodi in cui l'elettricità è disponibile. Sistema di alimentazione idraulica Le macchine per la lavorazione della lamiera possono essere classificate in base alla fornitura di energia. Cinque categorie possono essere identificate come segue; Meccanico: dove la forza lavoro viene fornita da alcuni mezzi meccanici come una camma o una leva. Idraulico: utilizzano la pressione dell'acqua o altri fluidi. Vapore: usano vapore pressurizzato. Elettromagnetico: utilizza la forza elettromagnetica. Il sistema di alimentazione idraulica è stato scelto per la piegatrice a causa dei seguenti vantaggi rispetto ad altri metodi di trasmissione di potenza (Dawei, 2008):

• Design più semplice - Nella maggior parte dei casi, alcuni componenti pre-ingegnerizzati sostituiranno complicati collegamenti meccanici.

• Flessibilità: i componenti idraulici possono essere posizionati con notevole flessibilità. Tubi e tubi flessibili invece di elementi meccanici eliminano virtualmente i problemi di localizzazione.

• Liscio - I sistemi idraulici sono silenziosi e silenziosi. Le vibrazioni sono ridotte al minimo.

• Controllo: il controllo di un'ampia gamma di velocità e forze è facilmente possibile. • Costo: l'elevata efficienza con una perdita minima di attrito riduce al minimo il costo di una trasmissione di potenza.

• Protezione da sovraccarico: le valvole automatiche proteggono il sistema da guasti dovuti al sovraccarico. Lo svantaggio principale di un sistema idraulico consiste nel mantenere le parti di precisione quando sono esposte a cattivi climi e atmosfere sporche, quindi la protezione da ruggine, corrosione, sporcizia, deterioramento dell'olio e altre condizioni ambientali avverse è molto importante. Lo smaltimento del fluido idraulico è anche una minaccia per l'ambiente.

PROGETTAZIONE DEI COMPONENTI DELLA MACCHINA PIEGHEVOLE

  In questa sezione vengono eseguiti calcoli dettagliati di progettazione per il dimensionamento dei componenti della piegatrice. Le condizioni iniziali per basare il disegno su sono riportate nella Tabella 1.

Forza di piegatura massima

  La forza richiesta per eseguire la piegatura dipende dalla resistenza, dallo spessore e dalla lunghezza della lamiera (Groover, 2010). Il massimo

Design del fascio di serraggio

  Il raggio di serraggio esercita una forza che trattiene la lamiera sul letto pieghevole. La forza di mantenimento quando si esegue l'operazione di piegatura è del 50% la forza di piegatura richiesta poiché viene applicata su due estremità della macchina. Pertanto la forza di serraggio è data da:

Forza di serraggio = 0,5 x forza di piegatura

Forza di serraggio = 0,5 x 294,6 kN

Forza di serraggio = 147,3 kN

  Il fascio di serraggio è progettato in modo tale da essere saldato su piastre laterali collegate a un meccanismo di bloccaggio come mostrato nella Figura 3.

  I meccanismi di bloccaggio si trovano su entrambi i lati della barra di serraggio, ma la manopola di bloccaggio si trova solo su un'estremità. Le viti di regolazione sul meccanismo di bloccaggio devono resistere alla forza di serraggio a cui sono esposte. Il funzionamento del meccanismo di bloccaggio è illustrato nella Figura 4.

  Il carico è ripartito equamente su entrambi i lati del meccanismo di bloccaggio, quindi è pari alla metà della forza di serraggio di 73,65 kN. Nei bulloni del meccanismo di serraggio devono essere utilizzati livelli di sollecitazione ammissibili al 75% della resistenza di prova. Il materiale selezionato per il meccanismo di serraggio secondo la Society of Automotive Engineers (SAE), è di grado 4 senza marcatura della testa e resistenza alla prova di 65 ksi.

  Quindi lo stress consentito è:

a = 0,75 x resistenza a prova ... (2)

a = 0,75 x 65000 psi

a = 48759

  psi La forza su ciascun lato del meccanismo di bloccaggio è 73,65 kN = 16,55

  klb Pertanto l'area di tensione richiesta a cui la forza dovrebbe agire è:

a t Carica A ... (3)

2 48750/16550 lb in lb A 2

A 0.339 in

  L'area di sollecitazione a trazione di 0,339 in2 richiede un diametro di 7/8 pollici, che equivale a 22,22 mm. Quindi il diametro della colonna del meccanismo di bloccaggio dovrebbe essere 22,22 mm con una filettatura di rotta di 9 fili per pollice.

Disegno del raggio pieghevole

  La Figura 5 mostra la vista frontale per la trave pieghevole

  Il raggio è supportato sulle sue due estremità e l'altra forza (incluso il suo peso) che agisce sul raggio è la forza di piegatura massima richiesta di 294,6 kN che agisce uniformemente lungo la lunghezza del raggio. La figura 6 rappresenta il caricamento sulla trave.

  Forza totale agente sul raggio = (294,6 + 58,135 t) kN

  Prendendo i momenti e risolvendo le forze in punti determinati lungo il raggio di piegatura e considerando un fattore di sicurezza di n = 3, e una sollecitazione ammissibile di 350 MPa, t si trova ad avere il seguente valore;

  t = 0,015 o t = -0,015

Pertanto lo spessore del braccio pieghevole è di 15 mm.