Automatyzacja procesów materiałowych LABORATORIUM APMA-L15 Kierunek Automatyka i Robotyka (AiR), sem. 6, Temat: Ćwiczenie am3 (audytoryjne) Przyrostowe kształtowanie na wieloosiowej maszynie z napędem hybrydowym L.Olejnik Obowiązkowa literatura dodatkowa: materiały pobierane z http://lolejnik.eta.pl/download.htm sekcja Dodatki: Dodatek 1 ECAP przyrostowy hasło d16%$red Dodatek 2 Wykrojki TSB różne grubości hasło d16%$red Dodatek 3 Wykrojki TSB różne właściwości hasło d16%$red ZZaakkł łłaadd OObbr róóbb kki ii PPl llaas st ttyycczznneej jj ii i OOddl lleewwnni iicct ttwwaa Instytut Technik Wytwarzania Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie oceny poprawności działania zespołów roboczych wieloosiowej maszyny do przyrostowego kształtowania. W pierwszej kolejności będą przeprowadzone prace weryfikujące działanie napędów poszczególnych osi roboczych maszyny. Sprawdzenie poprawności odtwarzania pełnego cyklu nastąpi przy pracy na biegu luzem oraz w czasie pracy pod obciążeniem. Zadanie problemowe Podczas automatycznego odtwarzania cykli roboczych przyrostowego przeciskania zarejestrować dane pomiarowe opisujące ruch i siłę wywieraną przez stempel (zsp.b), działanie zacisku zwierającego matryce (zsp.z) i podawanie wsadu przez popychacz (zsp.p). Wynik opisu działania ww. zespołów przedstawić w postaci wykresów wykreślonych w funkcji czasu trwania operacji przyrostowego kształtowania. Analizę danych, nakierowaną na ocenę działania zespołów, przeprowadzić w zakresie wskazanym przez prowadzącego. ZOPiO UFGbySPD 2012 2017
Wprowadzenie Celem opracowania jest przekazanie informacji o monitorowaniu przyrostowego przeciskania kanał kątowy IECAP [1]. Jest to nowoczesna technologia materiałowa, którą na Wydziale Inżynierii Produkcji zastosowano do produkcji wstępniaków w postaci odcinków prętów oraz płytek. Przeciskanie prowadzone jest na maszynie ISx w temperaturze otoczenia w przyrządach ISxT (pręty) lub ISxS (płytki). Maszyna ISx została zbudowana w celu efektywnego wytwarzania długich półwyrobów z metali ultradrobnoziarnistych 1. Jednym z ważniejszych półwyrobów są tzw. wykrojki TB (Tailored Blanks). 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 uruchomiona przez grupę UFGbySPD na maszynie do przyrostowego kształtowania jest unikatowa w skali światowej. Umożliwia wykonywanie wykrojek 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]. Sposobem przyrostowym takie blachy mogą 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. Stanowisko Stanowiskiem ćwiczeniowym jest maszyna ISx do przyrostowego przeciskania. Maszynę uzbrojono w zestaw narządzi realizujących kształtowanie polegające na przeciskaniu wsadów o określonym przekroju poprzecznym przez jednozakrętowy kanał kątowy. Wsady o znacznej długości są cyklicznie podawane do strefy roboczej (strefa ścinania) przez popychacz. Uzupełnieniem stanowiska jest układ do rejestracji parametrów operacji kształtowania. Narzędzia do operacji przyrostowej Schemat strefy narzędziowej przyrządów do kształtowania sposobem przyrostowym, które mogą być mocowane na maszynie ISx, pokazano na Rys. 1. W operacji przyrostowego przerobu 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 ruchomej połówki matrycy 4 siłą zwierającą o odpowiednio dużej wartości (położenie domknięte ruchomej połówki matrycy zaznaczono na Rys. 1 linią przerywaną). W narzędziach 2, 3 i 4 jest przyrostowo przeciskany wsad 1 o grubości a i szerokości wynikającej z zastosowanej matrycy (w przypadku płytek szerokość może być znaczna). 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. Poszczególne narzędzia schematycznie pokazane na Rys. 1, a więc stempel 2, matryca stała 3 i zaciskająca 4, powiązane są z odpowiednimi zespołami konstrukcyjnymi maszyny ISx. W skład maszyny wchodzą 4 główne zespoły funkcjonalne, a mianowicie: B BIJAK napędza stempel, Z ZACISK zwiera połówki matrycy, P POPYCHACZ realizuje posuw wsadu. Współdziałanie zespołów kontroluje układ sterowania (sterownik PLC S7-1200). Operator maszyny wprowadza nastawy 2 za pomocą interfejsu HMI (panel dotykowy KTP1000). Nastawy Wartości nastaw, które wprowadzono przed wykonaniem przyrostowego kształtowania zestawiono w formie tabelarycznej w specjalnie przygotowanym arkuszu nastaw 3. Poprawność doboru nastaw będzie oceniana na podstawie analizy zarejestrowanych parametrów. Podczas kształtowania, za pomocą dostępnych czujników będą mierzone wybrane wielkości fizyczne, które należy traktować jako parametry technologiczne operacji przyrostowego przeciskania IECAP. Zestawienie 1 Metalem ultradrobnoziarnistym jest metal, którego średnia wielkość ziarna jest mniejsza od 1μm. Metale ultradrobnoziarniste mają szereg zalet, z których na pierwszym miejscu wymienia się wysokie właściwości mechaniczne, znacznie wyższe niż właściwości metali o takim samym składzie chemicznym lecz ziarnie o konwencjonalnej wielkości. Metale ultradrobnoziarniste nie są jeszcze powszechnie dostępne. Wytwarza się je specjalnymi metodami wywodzącymi się z technologii, które zazwyczaj są stosowane do wytwarzania nanomateriałów. 2 W celu ułatwienia wprowadzania nastaw przygotowano kartę instrukcji [ISxT arkusz-nastawy04.doc] 3 Dokumentem podającym podstawowe informacje o wykonywanej operacji jest karta instrukcyjna obróbki, której przykładową zawartość dla przyrostowego przeciskania płytek zapisano w dokumencie [ Karta InstrObr IECAP-Al ISxS datasheet-iss3b2ez w.pdf ], stanowiącym załącznik do instrukcji ćwiczeniowej zszywka_am3-przyrostowe ISx 05.doc str. 2
tych parametrów zawiera tablica 1. Wszystkie mierzone wartości będą wyrażone w jednostkach mianowanych, a więc przemieszczenia w [mm], siły w [kn], a ciśnienia w [MPa]. Oprogramowanie pomiarowe W celu wykonania testów działania napędów osi roboczych maszyny ISx przygotowano stacjonarny układ DAQ do 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) 4 [5]. Jest to kompaktowy przyrząd pomiarowy o budowie modułowej przeznaczony do współpracy zarówno z komputerami stacjonarnymi jak i przenośnymi. Jego główną magistralą jest USB. Schemat blokowy układu DAQ pokazano na Rys. 2. B: BIJAK Z: ZACISK 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 P: POPYCHACZ Tablica 1. Wielkości mierzone podczas pracy zespołów maszyny ISx przy przeciskaniu popychanych wsadów LLp. 1 Parametr Skok stempla Oznaczenie Sp [mm] 2 Siła ścinania Fp [kn] 3 Skok zacisku Sc [mm] 4 Siła zacisku Fc [kn] 5 6 Siła popychania Skok popychacza Ffs [kn] Sfs [mm] Znaczenie Przemieszczenie liniowe stempla określające zbliżenie jego czołowej powierzchni do roboczej powierzchni matrycy (kształtującej wypraskę) Siła z jaką BIJAK napędza skośnie działający stempel ścinający wsad w odcinku wyjściowym kanału kątowego Przemieszczenie liniowe ruchomej połówki matrycy zwierającej względem połówki stałej ocena skuteczności zwierania matryc Siła z jaką układ hydraulicznego zacisku zwiera połówki matrycy zamykającej odcinek wejściowy kanału kątowego Siła z jaką popychacz popycha wsad na odcinku odpowiadającym założonemu posuwowi wsadu Przemieszczenie liniowe trzpienia popychającego wsad odpowiadające wartości posuwu na jeden cykl roboczy przyrostowego przeciskania Zespół B BIJAK napędzający stempel Z ZACISK zwierający matryce P POPYCHACZ realizujący posuw 4 System pomiarowy compact DAQ, dalej nazywany w skrócie cdaq jest produktem firmy National Instruments zszywka_am3-przyrostowe ISx 05.doc str. 3
Wykresy 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. Rys. 2. Schemat blokowy stacjonarnego 5 układu komputerowej rejestracji danych, w który wyposażono maszynę ISx Sfs początkowe położenie Sp górne położenie Sp dolne położenie Sfs końcowe położenie Sc położenie zamknięte Rys. 3. Wykres zmiany położenia stempla, popychacza i zacisku zarejestrowane w czasie biegu luzem 5 Układ stacjonarny DAQ jest przeznaczony do zapisu parametrów operacji technologicznych wykonywanych na stanowisku. Został wbudowany w korpus maszyny ISx. Schematy blokowe i montażowe poszczególnych torów pomiarowych zawiera zbiór [ schemat DAQ ISx 09.vsd ] zszywka_am3-przyrostowe ISx 05.doc str. 4
Sp górne położenie Fc stałe ciśnienie Rys. 4. Wykres zmiany siły zwierającej w czasie biegu luzem (UWAGA: siła reprezentowana przez ciśnienie wyrażone wyjątkowo w jednostkach umownych [V]) Fp górne położenie Fp dolne położenie Rys. 5. Wykres zmiany siły bijaka napędzającego stempel w czasie biegu luzem (UWAGA: siła wyrażona w jednostkach umownych [V]) Sprawozdanie Wskazówki do wykonania sprawozdania (poniższego tekstu z poleceniami NIE należy przenosić do sprawozdania): 1. Zapoznać się z zawartością tekstowego zbioru *.DAT 6, który zawiera dane pomiarowe uzyskane podczas wykonywania ćwiczenia 2. Obliczenia prowadzić w arkuszu EXCEL według wytycznych podanych w [szablon dla ISx.xlsx]. Wyniki obliczeń i analiz przedstawić w tablicy zbiorczej dołączonej do sprawozdania 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. 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 elektronicznej (zbiory Excela z wykresami) dołączając niezbędną część papierową (karty wyników wymienione w punkcie 4) dołączając stronę tytułową sprawozdań z listą uczestników 6 Instrukcję pobierania danych ze zbiorów *.dat do arkusza kalkulacyjnego EXCEL zapisano w załączniku [zx-fext obróbka danych excelem 2007.docx] zszywka_am3-przyrostowe ISx 05.doc str. 5
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 1w1, 2s1, 3s2, 4s3, 5c1. Wnioski Wnioski należy przedstawić w formie tabelarycznej, 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 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) Spdół (porównać z b 4 ) mm Załączniki A) Folder informacyjny o maszynie ISx 7 przyrostowego przeciskania przez kanał kątowy B) Karta instrukcyjna obróbki dla operacji przyrostowego przeciskania wsadów płytkowych 8 C) Karta instrukcyjna obróbki dla operacji przyrostowego przeciskania wsadów prętowych 9 Literatura 1 L.Olejnik, A.Rosochowski: Przyrostowy sposób przeciskania przez kanał kątowy. Przegląd Mechaniczny. 68(2009)10, pp.22-27 ISSN 0033-2259 można pobrać z http://lolejnik.eta.pl/download.htm sekcja Dodatki: Dodatek 1 ECAP przyrostowy lub dostarczony w dokumencie [ ECAP_przyrostowy PM-2009'10s22.pdf ] 2 Elementy karoserii samochodu osobowego wykonywane jako tailored blanks można zobaczyć na http://www.eautonaprawa.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) można pobrać z http://lolejnik.eta.pl/download.htm sekcja Dodatki: Dodatek 2 Wykrojki TSB różne grubości lub dostarczony w dokumencie [ FIMM'15_TSB_rozne grubosci 05.pdf ] 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) można pobrać z http://lolejnik.eta.pl/download.htm sekcja Dodatki: Dodatek 3 Wykrojki TSB różne właściwości lub dostarczony w dokumencie [ FIMM'15_TSB_rozne wlasciwosci 06.pdf ] 5 http://www.ni.com/dataacquisition/compactdaq 7 Dokument [ za rig 41 ISx 4-.pdf ] 8 Dokument [ zb Karta InstrObr IECAP-Al ISxS datasheet-iss3b2ez w.pdf ] 9 Dokument [ zc datasheet nastawy ISxT-M1E 07 odsadzony posuw1mm - ISTD04.pdf ] zszywka_am3-przyrostowe ISx 05.doc str. 6