CZ12039U1

CZ12039U1 - Tvářecí stroj

Info

Publication number: CZ12039U1
Application number: CZ200212704U
Authority: CZ
Inventors: Thomas Zemp
Original assignee: Baltec Maschinenbau Ag
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2002-03-04
Also published as: EP1064111A1; US6089062A; DE19812133A1; WO1999048633A1; ES2185320T3; CA2325040A1; DE59903091D1; BR9908917A; EP1064111B1; AU2727699A

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká tvářecího stroje, zejména nýtovacího stroje, s pístem pohyblivým v Z-ose, který je pod tlakem posuvný proti zpracovávanému předmětu a je veden ve strojovém krytu, přičemž píst a zejména jeho příruba je posuvně uložen v dutém prostoru, který je rozdělen na horní pístový prostor a spodní pístový prostor, do kterého ústí odvzdušňovací potrubí, zatímco do horního pístového prostoru ústí tlakové potrubí.

Dosavadní stav techniky

Tvářecí stroje, zejména nýtovací stroje, jsou ze stavu techniky známy a používají se v nejrůznějších provedeních. Slouží v první řadě ke strojnímu mechanickému tváření materiálu, zejména také k nýtování. Je požadavek, aby se tyto stroje mohly začlenit do automatizovaných výrobních procesů. V podstatě se zde jedná o zhotovování nýtovaných spojů pomocí nýtovacího stroje tvářením za studená, kterými mohou být tvářením materiálu spojeny navzájem dva díly.

Při nevyhnutelně vysokém stupni automatizace, který se stále více požaduje, je naléhavě zapotřebí automatická kontrola stupně tváření, zejména při nýtování, protože na nýtované spoje se dnes kladou velmi vysoké požadavky. Je proto naléhavě zapotřebí kontrola a zjišťování vadných nýtovaných spojů.

Z dokumentu EP 0 699 490 AI je známo zařízení ke kontrole tváření materiálu, ve kterém se případná odchylka zjišťuje pomocí dvou různých soustav snímačů dráhy a snímacích prvků. Nevýhodou je přitom skutečnost, že takové zařízení je složité a nákladné a neumožňuje přitom přesné určení počátku nýtování.

Z dokumentu DE 37 15 905 C2 je dále znám způsob strojní výroby nýtovaných spojů a nýtovací stroj pro provádění tohoto způsobu, ve kterém se závěrný hlavičkář posouvá proti zpracovávanému předmětu z definované nulové polohy. Tento posuv směrem ke zpracovávanému předmětu se provádí měřicí silou, která je menší než síla potřebná k tváření nýtu. Měří se dráha posuvu závěrného hlavičkáře dosažená měřící silou a porovnává se jako skutečná hodnota s požadovanou hodnotou. Nevýhodou je přitom to, že na nýt se nemůže najíždět plnou posuvovou silou. Takto pak není zajištěna kontrola celého procesu nýtování.

Úkolem technického řešení je zlepšení regulace, sledování a kontroly procesu tváření v tvářecím stroji a také nalezení konstrukce tvářecího stroje, ve kterých bude možno přesně stanovit počátek tváření nebo nýtování. Z tohoto by mělo být možno činit přesné zpětné úsudky o vadných procesech tváření. Dále se má dosáhnout značného snížení výrobních nákladů na takový tvářecí stroj. Kromě toho se má při současném zvýšení kvality tváření docílit snadné a jednoduché regulace tohoto tvářecího stroje.

Podstata technického řešení

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých řešení tohoto druhu do značné míry odstraňuje tvářecí stroj, zejména nýtovací stroj, s pístem pohyblivým v Z-ose, který je pod tlakem posuvný proti zpracovávanému předmětu a je veden ve strojovém krytu, přičemž píst a zejména jeho příruba je posuvně uložen v dutém prostoru, který je rozdělen na horní pístový prostor a spodní pístový prostor, do kterého ústí odvzdušňovací potrubí, zatímco do horního pístového prostoru ústí tlakové potrubí, jehož podstata spočívá podle technického řešení vtom, že pro zjišťování změny tlaku a/nebo změny síly při dosednutí pístu, zejména závěrného hlavičkáře, na zpracovávaný předmět je v každém potrubí a/nebo v každém pístovém prostoru uspořádán vždy jeden snímač.

- 1 CZ 12039 Ul

Pro zjišťování změny tlaku a/nebo změny síly a/nebo změny tvářecí práce, popřípadě za jednotku časuje v nejméně jednom z potrubí uspořádán nejméně jeden snímač.

Jiná možnost spočívá v tom, že pro zjišťování změny tlaku a/nebo změny síly při dosednutí pístu na zpracovávaný předmět je nejméně jeden snímač uspořádán v tlakovém potrubí, nejméně jeden další snímač je uspořádán v odvzdušňovacím potrubí a/nebo v horním pístovém prostoru a další snímač je uspořádán ve spodním pístovém prostoru.

Je výhodné, jestliže snímači je zjistitelná změna tlaku a/nebo tlakový rozdíl mezi tlakovým potrubím a odvzdušňovacím potrubím a/nebo horním pístovým prostorem a spodním pístovým prostorem.

ίο V potrubí je mezi regulačním ventilem a pístovým prostorem uspořádán u tohoto pístového prostoru nejméně jeden snímač.

Zmíněný snímač je propojen s regulační jednotkou.

Píst je uspořádán posuvně v axiálním směru v Z-ose.

Taková změna tlaku, která se pomocí snímače měří v tlakovém potrubí a/nebo odvzdušňovacím potrubí pro pohyb pístem nebo ve vlastním horním nebo spodním pístovém prostoru, přesně určuje počátek tváření při dosednutí pístu na zpracovávaný předmět. Při pohybu pístu, popřípadě nýtovací hlavy, dojde při vlastním dosednutí na zpracovávaný předmět ke zvýšení tlaku, které je ihned seznáno a zjištěno snímačem, zejména snímačem tlaku. Na základě změny tlaku lze přesně stanovit změnu síly, kterou probíhá tváření, a tuto sílu regulovat. Závěry o počátku tváření lze činit také na základě změny síly.

Je výhodné, jestliže snímač je ve strojovém krytu uspořádán blízko horního a/nebo spodního pístového prostoru. Snímač je propojen s regulační jednotkou, která vyhodnocuje signály z tohoto snímače.

Výhodou technického řešení je také skutečnost, že píst může při tváření najíždět na zpracovávaný předmět vždy s plným posuvem, popřípadě s konstantní posuvovou silou. Zjišťuje se pouze změna tlaku bezprostředně při dosednutí nýtovacího nástroje na zpracovávaný předmět a na základě měření dráhy se pak nýtovacím nástrojem dále pojíždí po předem zadané dráze, to jest dráze tváření, dokud se předem zadané dráhy nedosáhne v předem stanoveném čase. Jiná možnost spočívá v tom, že pístem se proti zpracovávanému předmětu pohybuje po určitou dobu s předem zadaným posuvem, popřípadě předem zadanou tvářecí silou, dokud se po určité době tváření, popřípadě referenční době, nedocílí požadovaného tváření.

Na základě předem zadaných parametrů, které mohou být stanoveny například pokusně, lze přesně zjistit, zda tváření proběhlo požadovaným způsobem. Lze například přesně zjistit, zda nýt není příliš dlouhý, zda je nýt vůbec přítomen nebo zda uběhla správná doba tváření či byla vykonána správná dráha tváření. Je to umožněno přesným zjištěním počátku tváření.

Takto je podle technického řešení nalezena konstrukce tvářecího stroje, kterou lze velmi přesně zjistit počátek nýtování, popřípadě tváření. Například při tváření s předem zadanou dráhou, lze jako srovnávací kriterium použít dobu potřebnou pro vykonání určité dráhy tváření, z čehož lze odvodit výpověď o tom, zda tváření proběhlo správně či vadně.

Dále je také možné, že je zadána doba a jako srovnávací kriterium pro posouzení průběhu tváření se použije za tuto dobu uražená dráha tváření. Takto je umožněno, aby se mohl průběžně kontrolovat a regulovat i automatizovaný proces tváření.

Do rámce technického řešení spadá dále také případ, že po zjištění počátku tváření, popřípadě počátku procesu, se vykoná určitá tvářecí dráha a proces tváření se posuzuje, popřípadě výsledek tváření se posuzuje, podle doby tváření a/nebo na základě přídavného srovnání a vyhodnocení tvářecí síly, to jest efektivní síly v jednotkách newton N působící na nýt, popřípadě zpracovávaný předmět, za časovou jednotku, popřípadě síly v okamžiku, kdy bylo dosaženo předem zadané dráhy tváření. Uvedené se může provádět na základě tolerančního pole síly nebo času, ve kterém

-2i

CZ 12039 Ul je obsažena informace o mezních tolerancích. Čas a síla se mohou měřit průběžně po celou dobu procesu tváření. Opakovači frekvence měření může být například 100 Hz a při takto prováděném měření lze stanovit vykonanou tvářecí práci za časovou jednotku.

Výhodou je také to, že na základě dvou srovnávacích veličin a jednoho předem zadaného parametru lze dosáhnout velmi přesného zjištění závad, popřípadě zjištění příčiny závady, protože takto je vyloučeno, aby se navzájem kompenzovaly dvě chyby s opačnými znaménky, což by znemožnilo zjištění závady.

Jestliže je například vadný materiál nýtu, například je příliš měkký, je doba nýtování potřebná pro uražení určité dráhy tváření příliš krátká. Dochází-li například ke ztrátám tlaku v systému, ío například v důsledku úniků, je doba nýtování příliš dlouhá. Jestliže se například tyto dvě závady vyskytnou současně, pak se obě tyto závady navzájem kompenzují a nemohou být zjištěny. Tento nevyhovující stav je však odstraněn tím, že jako srovnávací kriterium se s výhodou použijí vždy dvě srovnávací veličiny, čímž je umožněno přesné zjištění závady. Tato srovnávací kriteria zajišťují nejen konečný výsledek, ale také správný průběh celého procesu tváření, který závisí na řadě parametrů tohoto procesu, jako je tvářecí síla, doba tváření, dráha tváření atak dále. Z jednotlivých parametrů, jako je dráha, rychlost, doba a rozdíl tlaků, lze stanovit tvářecí sílu a dráhu za jednotku času, z čehož lze jednoduše stanovit tvářecí práci.

Takto zjistitelná tvářecí práce za jednotku času umožňuje přesné vyhodnocení procesu nýtování a dovoluje tak, aby bylo možno činit přesné závěry o pevnostních vlastnostech zpracovávaného předmětu, jehož tváření takto proběhlo.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata technického řešení je dále objasněna na příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují

- na obr. 1 schematicky znázorněný dílčí podélný řez nýtovacím strojem podle technického řešení, a

- na obr. 2 schematicky znázorněný dílčí podélný řez dalším příkladem provedení nýtovacího stroje z obr. 1.

Příklady provedení technického řešení

Na obr. 1 je znázorněn tvářecí stroj R, zejména nýtovací stroj, který obsahuje v podstatě stejné součásti jako běžný nýtovací stroj, popsaný například v dokumentu EP 0 699 490 AI. Poukazuje se výslovně na tento stav techniky, protože jsou tam podrobně popsány v podstatě všechny součásti běžného nýtovacího stroje. Lze tedy vypustit další popis jednotlivých součástí.

Tvářecí stroj R sestává ze zde jen čárkovaně naznačeného strojového podstavce i, který je opatřen jen naznačeným svislým nosným rámem, na který s výhodou pod pravým úhlem navazuje opěrná plocha 2. Na této opěrné ploše 2 jsou ukládány zpracovávané předměty 27, které zde nejsou podrobněji popisovány a označeny podrobněji vztahovými značkami. Na strojovém podstavci i, jmenovitě na svislém nosném rámu, je připevněn strojový kryt 3, který je uvnitř dutý. V tomto strojovém krytu 3 je uspořádán posuvný pneumatický píst 4, který je s výhodou proveden jako dutý. Z pístu 4 radiálně směrem ven vystupuje příruba 5, která je vedena v dutém prostoru 6 strojového krytu 3. Zmíněný dutý prostor 6 je vystupující přírubou 5 rozdělen na horní pístový prostor 7 a spodní pístový prostor 8. Vystupující příruba 5 má takto k hornímu pístovému prostoru 7 obrácenou horní pístovou plochu 9 a ke spodnímu pístovému prostoru 8 obrácenou spodní pístovou plochu 10.

Do horního pístového prostoru 7 ústí s výhodou pneumatické nebo hydraulické tlakové potrubí

Π. Na spodní pístový prostor 8 dole navazuje pneumatické nebo hydraulické odvzdušňovací potrubí 12. V tlakovém potrubí lije zařazen první regulační ventil 13, zatímco v odvzdušňova-3 CZ 12039 Ul cím potrubí 12 je zařazen druhý regulační ventil 14. Oba regulační ventily 13, 14 jsou s výhodou provedeny jako škrticí ventily a jsou spojovacím vedeními 15.1, 15.2 propojeny s regulační jednotkou J6. Další spojovací vedení 15.3 spojuje regulační jednotku 16 s hnacím motorem 17, který je s výhodou tvořen elektromotorem, mohl by však být tvořen i hydraulickým motorem. Tento hnací motor T7 pohání pouzdro 18.1, ve kterém je s přestavitelnou polohou uložen vystupující konec 18,2 hnacího hřídele J9. Hnací hřídel 19 je v dutině 20 pístu 4 uložen otočně pomocí zde jen naznačených ložisek. Na hnací hřídel 19 navazuje směrem dolů nýtovací hlava 21., která také slouží jako nástrojový držák, který může jako nýtovací nástroj obsahovat závěrný hlavičkář22.

Strojový kryt 3, který je s výhodou nehybný, popřípadě ve strojovém krytu 3 ve směru Z-osy 23 pohyblivý píst 4, je opatřen snímačem 24 dráhy, který je dalším spojovacím vedením 15.4 propojen s regulační jednotkou 16. Tato regulační jednotka 16 provádí a zajišťuje všechny regulace a úkony, které jsou zapotřebí k provozu tvářecího stroje R, v tomto případě nýtovacího stroje.

Data potřebná pro tuto regulaci a řízení mohou být případně zadávána z počítače 25 a v průběhu nebo po pracovním cyklu vyhodnocována a předávána do tohoto počítače 25. Toto je ovšem pouze příklad. Zmíněná regulační jednotka J_6 může být také začleněna do stávající výrobní linky, aby bylo možno tvářecí stroj R, v tomto případě nýtovací stroj, provozovat také plně automaticky.

Podstatné u tvářecího stroje R podle technického řešení je však to, že, jak je schematicky naznačeno na obr. 1, do tlakového potrubí 11 je zařazen první snímač 26.1 a do odvzdušňovacího potrubí 12 je zařazen druhý snímač 26.2. Tyto snímače 26.1, 26,2 jsou v potrubích 11, 12 zařazeny s výhodou v blízkosti strojového krytu 3 a jsou rovněž spojovacími vedeními 15.5, 15.6 propojeny s regulační jednotkou 16. Podstatné je zde také to, že snímače 26.1, 26.2 jsou do tlakového potrubí 11, popřípadě odvzdušňovacího potrubí 12, zařazeny mezi regulačními ventily 13, 14 a strojovým krytem 3.

Snímače 26.1, 26.2, které jsou s výhodou provedeny jako snímače nebo také převodníky tlaku, mohou velmi přesně snímat změnu tlaku v tlakovém potrubí 11, popřípadě v odvzdušňovacím potrubí 12, když píst 4 při svém posuvu najede na zpracovávaný předmět 27. Bezprostředně po dosednutí na zpracovávaný předmět 27, popřípadě na nýt, dojde v tlakovém potrubí 11 a v odvzdušňovacím potrubí 12 ke změně tlaku, která je ihned zjištěna snímači 26.1, 26,2. Tato změna tlaku umožňuje, aby se mohl vypočítat počátek procesu nýtování, popřípadě posuv nulového bodu. Přesné zjištění počátku procesu nýtování je zapotřebí ktomu, aby se mohla přesně stanovit dráha tváření, která je zapotřebí pro optimální tváření. Jestliže je znám počátek nýtování, lze při pokračování procesu pomocí snímače 24 dráhy přesně stanovit dráhu tváření. Totéž by bylo možné také stanovením časového průběhu při kontinuálním procesu. Výhodou je zde to, že přesné stanovení počátku tváření může být odvozeno ze změny tlaku na snímačích 26.1.26.2.

V dalším příkladu provedení technického řešení podle obr. 2 je znázorněn tvářecí stroj R, zejména nýtovací stroj, u kterého jsou snímače 26.3. 26.4 uspořádány v horním pístovém prostoru 7 a ve spodním pístovém prostoru 8. V odvzdušňovacím potrubí 12 je s výhodou zařazen škrticí ventil 29, který je nastavitelný a může být propojen s regulační jednotkou 16. Takto lze tlumit posuv pístu 4, zejména v jeho spodní poloze. Tímto škrticím ventilem 29 se tedy při posuvu pístu 4 směrem dolů předejde tvrdému nárazu. Kromě toho lze pomocí škrticího ventilu 29 regulovat dopředný pohyb hnacího hřídele 19 aje možná také regulace rychlosti hnacího hřídele 19, popřípadě pístu 4, v rámci dráhy jejich posuvu.

Snímače 26.3, 26.4 jsou spojovacími vedeními 15.7, 15.8 propojeny s regulační jednotkou 16. Také v tomto případě lze na základě změny tlaku přesně zjistit, kdy nýtovací hlava 21 s nýtovacím nástrojem, například závěrným hlavičkářem 22, dosedne na zpracovávaný předmět 27. Na základě změny tlaku lze přesně stanovit nejen počátek nýtování, nýbrž ze změny tlaku lze vypočítat také tvářecí sílu. Na základě stanovení počátku nýtování, popřípadě počátku tváření,

-4CZ 12039 Ul který odpovídá počátku procesu, přičemž je zadána doba nebo dráha nýtování, lze přesně stanovit a ověřit výsledky nýtování.

Je-li například známa nebo zadána dráha tváření, lze na základě přídavného vyhodnocení časového průběhu ovlivnit kvalitu procesu tváření. Jestliže se za určitou dobu urazí určitá předem zadaná dráha, je tváření, popřípadě nýtování, úspěšné. Aby bylo možné porovnání, zjistí se například pokusně určitá doba a stanoví se určitá časová tolerance, aby se mohl rozeznat uspokojivý a neuspokojivý výsledek nýtování.

Dále, na základě přesného zjištění počátku nýtování lze také zadat dobu tváření, popřípadě nýtování, přičemž jako srovnávací parametr se pak k vyhodnocení výsledku nýtování využije uražená dráha, kterou lze přesně zjistit pomocí snímače 24 dráhy. Na základě pokusu se stanoví tolerance dráhy, která je pak měřítkem úspěšného tváření.

Jestliže se při nýtován nebo tváření po určitou dobu nedodrží tolerance dráhy, lze z toho učinit závěr o chybě v procesu tváření, která může mít více příčin, například nýt je příliš dlouhý neboje příliš velké opotřebení materiálu. Může se také jednat o chyby materiálu. Zadáním tolerančního okna času nebo dráhy, které může být stanoveno na základě pokusů a může být softverem využito ke srovnávání, lze přesně posoudit proces nýtování a zejména proces tváření zpracovávaného předmětu 27. Podstatně k tomu přispívá přesné stanovení počátku nýtování na základě zjišťování změny tlaku a/nebo síly. Například, změnu tlaku lze stanovit jako tlakový rozdíl mezi tlakem v horním pístovém prostoru 7 a tlakem ve spodním pístovém prostoru 8. Vždy přesné stanovení počátku nýtování je takto možné zejména i u nýtovacích strojů, které pracují kolébavým nebo radiálním způsobem.

Uvedené vede ke snížení počtu zmetků a ke zvýšení přesnosti nýtovaného spoje a současně k rozeznání vadných zpracovávaných předmětů 27, které nevyhovují kladeným požadavkům.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Tvářecí stroj, zejména nýtovací stroj, s pístem (4) pohyblivým v Z-ose (23), který je pod tlakem posuvný proti zpracovávanému předmětu (27) a je veden ve strojovém krytu (3), přičemž píst (4), a zejména jeho příruba (5), je posuvně uložen v dutém prostoru (6), který je rozdělen na horní pístový prostor (7) a spodní pístový prostor (8), do kterého ústí odvzdušňovací potrubí (12), zatímco do horního pístového prostoru (7) ústí tlakové potrubí (11), vyznačující se tím, že pro zjišťování změny tlaku a/nebo změny síly při dosednutí pístu (4), zejména závěrného hlavičkáře (22), na zpracovávaný předmět (27) je v každém potrubí (11, 12) a/nebo v každém pístovém prostoru (7, 8) uspořádán vždy jeden snímač (26.1,26.2, 26.3, 26.4).
2. Tvářecí stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro zjišťování změny tlaku a/nebo změny síly a/nebo změny tvářecí práce, popřípadě za časovou jednotku, je v nejméně jednom z potrubí (11, 12) uspořádán nejméně jeden snímač (26.1, 26.2, 26.3, 26.4).
3. Tvářecí stroj podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pro zjišťování změny tlaku a/nebo změny síly při dosednutí pístu (4) na zpracovávaný předmět (27) je nejméně jeden snímač (26.1, 26.2, 26.3, 26.4) uspořádán v tlakovém potrubí (11), nejméně jeden další snímač (26.1, 26.2, 26.3, 26.4) je uspořádán v odvzdušňovacím potrubí (12) a/nebo v horním pístovém prostoru (7) a další snímač (26.1, 26.2, 26.3, 26.4) je uspořádán ve spodním pístovém prostoru (8).
4. Tvářecí stroj podle nároku 3, vyznačující se tím, že snímači (26.1, 26.2, 26.3, 26.4) je zjistitelná změna tlaku a/nebo tlakový rozdíl mezi tlakovým potrubím (11) a

-5CZ 12039 Ul odvzdušňovacím potrubím (12) a/nebo horním pístovým prostorem (7) a spodním pístovým prostorem (8).
5. Tvářecí stroj podle nejméně některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že v potrubí (11, 12) je mezi regulačním ventilem (13, 14) a pístovým prostorem (7, 8) uspořádán u

5 tohoto pístového prostoru (7, 8) nejméně jeden snímač (26.1,26.2).
6. Tvářecí stroj podle nejméně některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že snímač (26.1, 26.2, 26.3, 26.4) je propojen s regulační jednotkou (16).
7. Tvářecí stroj podle nejméně některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že píst (4) je uspořádán posuvně v axiálním směru v Z-ose (23).