Sac Şekillendirme Makinaları: Presler 2.1 İçerik Giriş Pres sınıflandırması Mekanik presler Hidrolik presler Melez presler Kalıp ve takımlar Hidrolik yastıklar ve yastık pimleri Preslerde kuvvet ve enerji gereksinimleri Deneme presleri, Üniversal presler ve Transfer presleri 2.2 1
Giriş Pres ve diğer sac şekillendirme tezgahlarını tanımanın önemi: Mevcut makine-teçhizatı daha verimli kullanma Mevcut fabrika kapasitesini daha sağlıklı tanımlama Pres, makine ve tezgah imalatçıları ile iyi iletişim kurarak mevcut makinaların iyileştirilmesini sağlamak veya yeni makine alımında iyi seçim yapabilme Gerekirse, özel amaçlı pres ve tezgahları firma içince yapabilme 2.3 Giriş: : Proses Makine İlişkisi Pres seçimi aşağıdakilere bağlıdır: Şekil değişimine tabi malzemenin akma gerilmesi ve şekillendirilebilirliği Kuvvet ve enerji gerekleri Şekillendirme bitmiş haldeki toleranslar Üretim hacmi 2.4 2
3 Sac İşleme Makine ve Teçhizatı Sac levha, plaka ve şerit imalatı için haddeleme hatları Sac şerit malzemenin profil bükümü için (roll form) makinaları Manyetik and patlamalı şekillendirme makinaları Pres işleri için makinalar (derin çekme, sıvama, süper-plastik şekillendirme) 2.5 Yük-Strok Eğrileri ve Enerji E = L max D max M LOAD Kalpalı kalıpta çapaklı dövme DISP LOAD DISP Açık kalıpta (çapaksız) dövme LOAD LOAD İleri ve geri ekstrüzyon DISP Bükme DISP LOAD LOAD Sac kesme DISP Darp etme DISP 2.6
4 Kuvvet ve Enerji Eğrileri Sağlanabilir Enerji E M Sağlanabilir Kuvvet L M (koç stroku sırasında) Verimlilik oranı (electrik motoru, kızak ve yataklardaki sürtünme, elastik esnemeler) L M L p strok sırasında E M E p strok içinin (L p = proses için gerekli kuvvet) (E p = proses için gerekli enerji) 2.7 Zamana bağlı karakteristik veriler Yükleme sırasında önemli makine özellikleri Dakika başına düşen strok sayısı, n Basınç altındaki süre, t p Şekillendirme (baskı altındaki) sırasındaki hız, v p 2.8
5 Hareket doğruluğu ile ilgili karakteristik veriler Yüksüz z durum: Kızak-kayıt arası boşluk luklar Koç ile tabla arasındaki paralellik sorunları Kızak hareketinin pres (alt) gövdesine göre dikliği Kalıp elemanlarının ve tutucuların eşmerkezliliği ve eşeksenliliği 2.9 Preslerin Sınıflandırılması Güç kaynağı ğına göre g sınıflands flandırma: 1. Mekanik presler 2. Hidrolik presler 3. Melez presler Kızak sayısına göre g sınıflands flandırma: 1. Tek etkili (kızaklı) pres 2. Çift etkili (kızaklı) pres 3. Üç etkili (kızaklı) pres 2.10
6 Mekanik Pres Hidrolik (pasif) çekme yastıklı tek etkili mekanik pres 2.11 Tek Etkili Pres İleri geri hareket eden tek kızak Pot çembersiz veya yaylı pot çemberi kullanılan kalıp Pasif yastık ile geniş kullanım alanı kazanır. Çevre kesme, delme, kabartma, darp etme, kenak bükme ve derin çekme işlemlerinde kullanılır. Hidrolik (pasif) çekme yastıklı tek etkili mekanik pres 2.12
7 Çift Etkili Pres Biri diğerinin içinde iki kızak İçteki koç erkek kalıbı taşır Dıştaki içi boş koç sacı veya pulu pot çenberi ile tutar Derin çekme işlemleri için en uygundur. Dış kızağın kısa stroku yüzünden ve alt ölü noktadaki kısa duruş nedeniyle çekme işlemi için gerekl enerjiyi sağlayabilir. Çift Etkili Mekanik Pres 2.13 Çift Etkili Mekanik Pres Strok Krank Açısı Grafiği 2.14
8 Üç Etkili Pres Toplam üç kızak Üstteki iki kızak aşağı yönde hareket eder. Alttaki üçüncü kızak alt gövdeye bağlı olarak yukarı yönde hareket eder. Bu presler ters derin çekmeye izin verir. Derin kapların derin çekmesi, ve ilave kabartma içeren parçaların şekillendirme işlemleri ve hassas kesme (fine blanking) için en uygundur. 2.15 Mekanik Presler Mekanik presler bir elektrik motoru tarafından tahrik edilir ve kuvvet iş parçasına kızaklar tarafından mekanik olarak iletilir. Enerji depolamak için volan(lar) kullanılır. Parçayı şekillendirmek için gerekli kuvvet ve kuvvetteki inişçıkışlar volan büyüklüğünü belirler. Transmisyon kinematiğine bağlı olarak mekanik pres türleri 1. Kranklı pres 2. Eksantrikli pres 3. Mafsallı (salıncak mekanizmalı) pres 4. Vidalı pres 2.16
9 Kranklı Pres Sanayide en yaygın olarak kullanılan pres türüdür. Volandaki enerji pres koçuna dolayısıyla iş parçasına krankbiyel mekanizması tarafından iletilir. Kranklı presin temel kısıtlaması; Sabit strok uzunluğu, Kalıbın panama noktasına doğru yüksek çarpma hızı ve Şekillendirme esnasında kızak hızındaki düşüştür. 2.17 Kuvvet, Tork ve Enerji PRES KAPASİTESİ: İş parçası üzerine uygulanabilecek ve alt ölü noktaya belirli bir mesafede ortaya çıkan azami kuvvet. İşlemler için gerekli kuvvet pres kapasitesinin daima altında olmalıdır. Ana yatak üstündeki mil çapı pres tasarımında önemli bir parametredir. Mekanik preslerde döndürme momenti sabittir. Moment kapasitesi volan boyutları, krank mili ve kavramaya bağlı olarak ortaya çıkar. 2.18
10 Kuvvet, Tork ve Enerji Eksantrikli Preste Krank açısının bir fonksiyonu olarak kaldırılabilir azami kuvvet 2.19 Servo Motorlu Presler Salıncak mekanizmalı servo pres, 4 (3) çubuklu bir mekanizmanın bir AC servo motor tarafından döndürüldüğü bir makinadır. Kol mekanizması kızağın itici kuvvetini büyütür, servo sistem ise koç hızını ve kızak konumunu kontrol eder. Kaynak: Amino Pres pek çok hız ve stroku (örn. kranklı pres veya hidrolik pres gibi) simüle edebilir. 2.20
Melez AC Servo Tahrikli Pres This press drive allows to use the most suitable slide motion for a given application. Click below to see the animation. Kaynak: Komatsu Ind. Corp. 2.21 Mekanik Preslerin yapısı Mekanik preslerin ana unsurları: Gövde (alt) Tabla Koç Kavrama ve Frenler 2.22 11
12 Pres Gövdesi Primary function of the frame is to contain the forces applied by the press without deforming. Mainly there are two types of frames, Open frame also called C frame and Straight sided frame. 2.23 Open frame presses are cheaper and this construction gives the unobstructed access to the dies and the parts inside the press. A C-type press has limited stroke and height to reduce deflection. The deflection of the column will result in misalignment and wear of the dies. C Tipi Açık Gövde Adjustable Bed Stationary Open Back Stationary 2.24
13 Yapı Açısından Pres Tipleri: Eğilebilir C Gövdeli Pres ve Gergi Çubuklu C Pres 2.25 Konstrüksiyon Açısından Pres Tipleri: Boynuz ve Düz Yanlı Presler 2.26
14 Düz Yanlı Pres Straight sided frame mainly consists of crown, two uprights, a bed supporting the bolster and a slide. 2.27 Düz Yanlı Pres Gövdesinde Güç İletimi Connecting Rod Forces at the Slide in One-, Two- and Four-point Presses 2.28
15 Pres Tablası Yürür Tabla 2.29 Kavrama Kavrama ve Frenler Frenler Clutch is used to transmit the motion from the flywheel to the gear shaft. Clutches can be dry or wet. Wet clutches have oil contained in a sealed housing. Oil absorbs the heat generated due to friction. Brakes are used to stop the press. Brakes and Clutches are selected as single unit as they are interdependent. 2.30
16 Aşırı Yükleme Overloading of the presses will result in reduced productive life of the press and may damage the tools and operating personnel. Causes for overloading Inaccurate calculation of the force requirement Variations in the incoming material properties Improper die design Applying maximum force higher in the stroke than specified by the manufacturer. 2.31 Aşırı Yükleme Overloading protection Presses are protected from overloading using replaceable or permanent protection units. In replaceable units pins or washers are used, which brake when overloaded. Permanent units use hydraulic or pneumatic circuits and switches. When the press is overloaded, the unit collapses. 2.32
17 Hidrolik Presler Hydraulic cylinders provide the motion for the slides. These are more versatile than mechanical presses and they are compact. Stroke and speed can be varied very easily. Force applied by the hydraulic presses can be varied infinitely. The maximum press force is available throughout the press stroke. 2.33 Hidrolik Pres Hydraulic Press Kaynak: Schuler Inc 2.34
18 Kızak Tasarımı Design of the Slide in a Hydraulic Press 2.35 Kızak İçinde Oynama Control System for Maintaining Slide Parallelism 2.36
19 Mekanik ve Hidrolik Preslerin Kıyaslaması Impact speeds of mechanical presses are high. In hydraulic presses the impact speeds can be reduced drastically which results in reduced tool stresses; Strokes of the mechanical presses are limited. In hydraulic presses long strokes can be achieved; Maximum capacity of the mechanical presses is in the range of 6000 tons, hydraulic presses with 50000 tons capacity are available. 2.37 Özel Amaçlı Presler Deneme ve alıştırma presi Universal pres Transfer presi 2.38
20 Deneme-Kalıp Alıştırma Presi Mechanical try-out presses for die try-out: with draw cushion for the first forming process (left) and without draw cushion for the subsequent processes(right) 2.39 Üniversal Pres Universal presses are used for different forming processes (i.e. shearing, blanking and drawing operations). The universal press has the capability of adapting to the different forming conditions. In order to enhance productivity in this type of press, feeding is made by coil lines and they are equipped with scrap and finished product handling equipment. 2.40
21 Üniversal Pres Components and Design of a Hydraulic Universal Press 2.41 Transfer Presi In this type of presses, several sheet-forming operations are performed by means of progressive or transfer dies. The blank material is automatically transferred from one operation station to the other. This results in the increase in productivity. The selection of a transfer press has to consider the blank material, the geometry to be formed, and the necessary sequence of operations. 2.42
22 Transfer Presi 2.43 2.44
23 Transfer Presi Transfer Die Set for a Press with Active Counter Drawing and Fixed Stops 2.45 Transfer Presi Controlling parallelism with two equally sized cylinders between press bed and slides 2.46
24 Transfer Presi Compound progressive die; 1 coil guidance unit; 2 coil guidance bolts; 3 initial blanking stop; 4 positive press-off pins; 5 latch bolts; 6 piercing punch; 7 feed step pilot/embossing punch; 8 feed step pilot/embossing punch 2.47 Tandem Pres Hattı Interlinkage of Presses with Swing Arm Feeders 2.48
25 Robotik Otomasyonlu Tandem Hidrolik Pres Hattı 2.49 Temel Kalıp Düzeneği Kaynak: ERC/NSM 2.50
26 Kalıbın Çalışması 2.51 Çift Etkili ve Tek Etkili Presler için Kalıp Tasarımı Basic design of different draw dies 2.52
27 Transfer Kalıbı Transfer die set for the production of an automatic transmission part 2.53 Tek Etkili Hidrolik Yastıklı Pres Kalıbı 2.54
28 Çift Etkili Düşey Çalışan Pres Kalıbı 2.55 Karşı Baskı Plakalı ve Ters Çekme Kalıbı 2.56
29 Çekme Yastık Sistemi: Exerts counter holding force on the metal blank Ensures controlled flow of material into the drawing die Prevents the formation of wrinkles and cracks in the drawn part Tek noktadan hidrolik yastık sistemi 2.57 Pnömatik Çekme Yastığı Working media Air pressure generates the counter holding force. Spring drawing mechanism has become obsolete. Pneumatic drawing mechanism Disc piston moves against compressed air, generating force Compression restricted to 300psi Cushion retention and damping mechanisms required 2.58
30 Hidrolik Yastık Sistemleri Counter holding force precisely adjustable compared to pneumatic systems Proportional and servo-valves allow better control Separate counter holding force selectable for each cylinder on multipoint cushion systems [Kaynak : MW] 2.59 Çok Noktalı Yastık Sistemleri Offers highest possible degree of flexibility with regard to blank holder application along the contours of the drawing part Few pressure rods act directly on the blank holder in contrast to a single pressure box and large number of pressure pins Each pressure rod is connected to a displacement cylinder and can be controlled individually Parts can be formed by varying the cushion force along the contours of the blank holder, thereby eliminating the need to rework the die and prevent loss of valuable production time 2.60
Çok Noktalı Yastık Sistemlerinde Son Gelişmeler Multipoint cushions with individual hydraulic cylinders Each hydraulic cylinder acts directly on the blank holder of the draw die Each cylinder controlled by its own proportional/servo valve Point by point adjustment of BHF possible [Haussermann 2000] 2.61 Esnek Pot Çemberi Tasarımları Flexible Blank Holder Blank holder is designed in cast steel with stiff pyramids Pyramids for each cushion pin in the system, with the thin bottom plate acting as the elastic link In order to have a direct relationship between the pressure of each area of the binder and applied pin force, the height of the blank holder should be equal to the distance between the pins [Kaynak : Schuler Inc.] 2.62 31
32 Esnek Pot Çemberi ve Prizmatik Kalıp With this kind of flexible blank holder, the material flow between the binders can be steered area by area by adjusting the corresponding cushion pin forces, without influencing the neighboring BHF With the prismatic die and flexible blank holder, it is possible to obtain controlled pressure distribution on the flange of the sheet [Kaynak : Siegert 2000] 2.63 Çok Noktalı Yastık Sisteminin Programlanması için Yazılım Why is Blank Holder Force (BHF) necessary BHF controls sheet metal flow into the die cavity in deep drawing 2.64
Cushion pin 1 Çok Noktalı Yastık Sisteminin Programlanması için Yazılım Issues with Multi-point Cushion Systems Blank Holder Force (kn) 480 400 320 240 160 80 0 0 10 20 30 40 50 60 Punch Stroke (mm) BHF for pin 1.. (Kaynak: Muller Weingarten) Cushion pin 15 Problem: How to determine the variation of BHF for each cushion pin BHF for pin 15 2.65 Blank Holder Force (kn) 480 400 320 240 160 80 0 0 10 20 30 40 50 60 Punch Stroke (mm) Kaynaklar [Altan, 1983] Altan, T., Oh, S., and Gegel, H. L., Metal Forming: Fundamentals and Applications, American Society for Metals, 1983 [Kalpakjian,1997] Kalpakjian, S., Manufacturing Processes for Engineering Material, Addison-Wesley, 1997 [Lange, 1985] Lange, K., Handbook of Metal Forming, McGraw-Hill Publishers, 1985 [Schuler, 1998] Schuler Gmbh, Metal forming handbook, Springer Verlag,1998 [Siegert, 2000] Klaus Siegert, Markus, H., Bruno, L., Ralf, R., Recent developments in hydroforming technology, Journal of Materials Processing Technology, vol 98, pp 251-258 [SME, 1984] Tool and manufacturing engineering handbook, Society of Manufacturing Engineers,1984 2.66 33
34 Sorular 2.67