Figure 1. Dans le pliage CNC, communément appelé pliage de panneaux, le métal est serré en place et les lames de pliage supérieure et inférieure forment des brides positives et négatives.
Un atelier de tôlerie typique peut disposer d’une combinaison de systèmes de pliage. Bien entendu, les machines à cintrer sont les plus courantes, mais certains magasins investissent également dans d'autres systèmes de formage tels que le pliage et le pliage de panneaux. Tous ces systèmes facilitent la formation de diverses pièces sans utiliser d'outils spécialisés.
Le formage des tôles en série se développe également. Ces usines n’ont plus besoin de s’appuyer sur des outils spécifiques au produit. Ils disposent désormais d'une ligne modulaire pour chaque besoin de formage, combinant le cintrage de panneaux avec une variété de formes automatisées, du formage d'angles au pressage et au cintrage au rouleau. Presque tous ces modules utilisent de petits outils spécifiques au produit pour effectuer leurs opérations.
Les lignes de pliage automatiques modernes de tôles utilisent le concept général de « pliage ». En effet, ils proposent différents types de pliage au-delà de ce que l’on appelle communément le pliage de panneaux, également connu sous le nom de pliage CNC.
Le pliage CNC (voir figures 1 et 2) reste l'un des processus les plus courants sur les lignes de production automatisées, principalement en raison de sa flexibilité. Les panneaux sont mis en place à l'aide d'un bras robotique (avec des « pattes » caractéristiques qui maintiennent et déplacent les panneaux) ou d'un tapis roulant spécial. Les convoyeurs ont tendance à bien fonctionner si les feuilles ont été préalablement découpées avec des trous, ce qui les rend difficiles à déplacer pour le robot.
Deux doigts dépassent du bas pour centrer la pièce avant de la plier. Après cela, la feuille repose sous la pince, qui abaisse et fixe la pièce en place. Une lame qui se courbe par le bas se déplace vers le haut, créant une courbe positive, et une lame qui se courbe par le haut crée une courbe négative.
Considérez la cintreuse comme un grand « C » avec des lames supérieure et inférieure aux deux extrémités. La longueur maximale de l'étagère est déterminée par le col derrière la lame incurvée ou l'arrière du « C ».
Ce processus augmente la vitesse de pliage. Une bride typique, positive ou négative, peut être formée en une demi-seconde. Le mouvement de la lame incurvée est infiniment variable, vous permettant de créer de nombreuses formes, du simple au incroyablement complexe. Il permet également au programme CNC de modifier le rayon extérieur du cintrage en modifiant la position exacte de la plaque pliée. Plus l'insert est proche de l'outil de serrage, plus le rayon extérieur de la pièce est petit, soit environ deux fois l'épaisseur du matériau.
Ce contrôle variable offre également une flexibilité en matière de séquences de pliage. Dans certains cas, si le pli final d'un côté est négatif (vers le bas), la lame de cintrage peut être retirée et le mécanisme de convoyeur soulève la pièce et la transporte vers l'aval.
Le cintrage traditionnel des panneaux présente des inconvénients, surtout lorsqu’il s’agit de travaux esthétiquement importants. Les lames incurvées ont tendance à se déplacer de telle manière que la pointe de la lame ne reste pas au même endroit pendant le cycle de pliage. Au lieu de cela, elle a tendance à glisser légèrement, de la même manière que la feuille est traînée le long du rayon de l'épaulement pendant le cycle de pliage d'une presse plieuse (bien que dans le pliage de panneaux, la résistance ne se produit que lorsque la lame de pliage et la pièce entrent en contact point à point). la surface extérieure).
Entrez un virage en rotation, similaire au pliage sur une machine séparée (voir fig. 3). Au cours de ce processus, la poutre de pliage tourne de sorte que l'outil reste en contact constant avec un point de la surface extérieure de la pièce. La plupart des systèmes de pliage pivotants automatisés modernes peuvent être conçus de manière à ce que la poutre pivotante puisse se plier de haut en bas selon les besoins de l'application. Autrement dit, ils peuvent être tournés vers le haut pour former la bride positive, repositionnés pour tourner autour du nouvel axe, puis pliés la bride négative (et vice versa).
Figure 2. Au lieu d'un bras robotique conventionnel, cette cellule de pliage de panneaux utilise une bande transporteuse spéciale pour manipuler la pièce.
Certaines opérations de pliage en rotation, connues sous le nom de pliage en rotation double, utilisent deux poutres pour créer des formes spéciales telles que des formes en Z qui incluent des courbures positives et négatives alternées. Les systèmes monopoutre permettent de plier ces formes par rotation, mais l'accès à toutes les lignes de pliage nécessite de retourner la tôle. Le système de pliage à pivot à double poutre permet d'accéder à toutes les lignes de pliage dans un pliage en Z sans retourner la tôle.
La flexion en rotation a ses limites. Si des géométries très complexes sont nécessaires pour une application automatisée, le pliage CNC avec mouvement réglable en continu des lames de pliage est le meilleur choix.
Le problème du pli de rotation se produit également lorsque le dernier pli est négatif. Alors que les lames de pliage du pliage CNC peuvent se déplacer vers l'arrière et sur le côté, les poutres de pliage tournantes ne peuvent pas se déplacer de cette manière. Le virage négatif final nécessite que quelqu'un le pousse physiquement. Bien que cela soit possible dans les systèmes nécessitant une intervention humaine, cela s’avère souvent peu pratique sur les lignes de pliage entièrement automatisées.
Les lignes automatisées ne se limitent pas au pliage et au pliage des panneaux – les options dites de « pliage horizontal », où la tôle reste plate et les étagères sont repliées vers le haut ou vers le bas. D'autres procédés de moulage élargissent les possibilités. Il s’agit notamment d’opérations spécialisées combinant freinage sur presse et cintrage par roulage. Ce procédé a été inventé pour la fabrication de produits tels que les coffres de volets roulants (voir figures 4 et 5).
Imaginez qu'une pièce soit transportée vers une station de pliage. Les doigts font glisser la pièce latéralement sur la table à brosses et entre le poinçon supérieur et la matrice inférieure. Comme pour d'autres processus de pliage automatisés, la pièce est centrée et le contrôleur sait où se trouve la ligne de pliage, il n'est donc pas nécessaire de placer une butée arrière derrière la matrice.
Pour réaliser un pliage avec une presse plieuse, le poinçon est descendu dans la matrice, le pliage est réalisé et les doigts avancent la tôle jusqu'à la ligne de pliage suivante, tout comme le ferait un opérateur devant la presse plieuse. L'opération peut également effectuer un cintrage par impact (également appelé cintrage par étapes) le long du rayon, tout comme sur une machine à cintrer conventionnelle.
Bien entendu, tout comme une presse plieuse, le pliage d’une lèvre sur une ligne de production automatisée laisse une trace de la ligne de pliage. Pour les virages à grands rayons, l'utilisation uniquement de la collision peut augmenter le temps de cycle.
C’est là que la fonction de cintrage au rouleau entre en jeu. Lorsque le poinçon et la matrice se trouvent dans certaines positions, l'outil se transforme effectivement en une cintreuse à trois rouleaux. La pointe du poinçon supérieur est le « rouleau » supérieur et les languettes de la matrice en V inférieure sont les deux rouleaux inférieurs. Les doigts de la machine poussent la tôle en créant un rayon. Après le pliage et le laminage, le poinçon supérieur se déplace vers le haut et s'écarte, laissant la place aux doigts pour pousser la pièce moulée vers l'avant hors de la plage de travail.
Les virages sur les systèmes automatisés peuvent rapidement créer des courbes larges et larges. Mais pour certaines applications, il existe un moyen plus rapide. C'est ce qu'on appelle un rayon variable flexible. Il s'agit d'un processus exclusif développé à l'origine pour les composants en aluminium dans l'industrie de l'éclairage (voir Figure 6).
Pour avoir une idée du processus, pensez à ce qui arrive au ruban adhésif lorsque vous le glissez entre la lame des ciseaux et votre pouce. Il se tord. La même idée de base s'applique aux coudes à rayon variable, il suffit d'appuyer légèrement et doucement sur l'outil et le rayon est formé de manière très contrôlée.
Figure 3. Lors du pliage ou du pliage avec rotation, la poutre de pliage tourne de manière à ce que l'outil reste en contact avec un endroit de la surface extérieure de la feuille.
Imaginez une fine ébauche fixée en place avec le matériau à mouler entièrement soutenu en dessous. L'outil de pliage est abaissé, pressé contre le matériau et avancé vers la pince retenant la pièce. Le mouvement de l'outil crée une tension et fait « tordre » le métal derrière lui d'un certain rayon. La force de l'outil agissant sur le métal détermine la quantité de tension induite et le rayon résultant. Grâce à ce mouvement, le système de cintrage à rayon variable peut créer très rapidement des cintrages à grand rayon. Et comme un seul outil peut créer n'importe quel rayon (encore une fois, la forme est déterminée par la pression appliquée par l'outil, pas par la forme), le processus ne nécessite pas d'outils spéciaux pour plier le produit.
Le façonnage des coins en tôle présente un défi unique. Invention d'un procédé automatisé pour le marché des panneaux de façade (bardage). Ce processus élimine le besoin de soudure et produit des bords magnifiquement incurvés, ce qui est important pour les exigences esthétiques élevées telles que les façades (voir fig. 7).
Vous commencez avec une forme vide qui est découpée de manière à pouvoir placer la quantité de matière souhaitée dans chaque coin. Un module de pliage spécialisé crée une combinaison de coins vifs et de rayons lisses dans les brides adjacentes, créant ainsi une expansion « pré-courbée » pour la formation ultérieure des coins. Enfin, un outil de virage (intégré au même poste de travail ou à un autre) crée les coins.
Une fois installée, une ligne de production automatisée ne deviendra pas un monument inamovible. C'est comme construire avec des briques Lego. Les sites peuvent être ajoutés, réorganisés et repensés. Supposons qu'une pièce d'un assemblage nécessitait auparavant un soudage secondaire dans un coin. Pour améliorer la fabricabilité et réduire les coûts, les ingénieurs ont abandonné les soudures et redessiné les pièces avec des joints rivetés. Dans ce cas, une station de rivetage automatique peut être ajoutée à la ligne de pliage. Et comme la ligne est modulaire, elle n’a pas besoin d’être complètement démontée. C'est comme ajouter une autre pièce LEGO à un tout plus grand.
Tout cela rend l’automatisation moins risquée. Imaginez une ligne de production conçue pour produire des dizaines de pièces différentes en séquence. Si cette ligne utilise des outils spécifiques au produit et que la gamme de produits change, les coûts d'outillage peuvent être très élevés compte tenu de la complexité de la ligne.
Mais avec des outils flexibles, les nouveaux produits peuvent simplement obliger les entreprises à réorganiser les briques Lego. Ajoutez quelques blocs ici, réorganisez-en d’autres là-bas et vous pourrez réexécuter. Bien sûr, ce n’est pas si simple, mais reconfigurer la chaîne de production n’est pas non plus une tâche difficile.
Lego est une métaphore appropriée pour les lignes autoflex en général, qu'il s'agisse de lots ou d'ensembles. Ils atteignent les niveaux de performances de coulée sur les chaînes de production avec des outils spécifiques au produit, mais sans aucun outil spécifique au produit.
Des usines entières sont orientées vers la production de masse et il n’est pas facile de les transformer en production complète. La reprogrammation d'une usine entière peut nécessiter de longs arrêts, ce qui est coûteux pour une usine qui produit des centaines de milliers, voire des millions d'unités par an.
Cependant, pour certaines opérations de pliage de tôles à grande échelle, notamment pour les nouvelles usines utilisant la nouvelle ardoise, il est devenu possible de former de grands volumes à partir de kits. Pour la bonne application, les récompenses peuvent être énormes. En fait, un fabricant européen a réduit ses délais de livraison de 12 semaines à un jour.
Cela ne veut pas dire que la conversion de lots en kits n’a pas de sens dans les usines existantes. Après tout, réduire les délais de livraison de quelques semaines à quelques heures générera un énorme retour sur investissement. Mais pour de nombreuses entreprises, le coût initial peut être trop élevé pour franchir cette étape. Cependant, pour les lignes nouvelles ou entièrement nouvelles, la production en kit est économiquement rentable.
Riz. 4 Dans cette machine à cintrer et module de profilage combinés, la tôle peut être placée et pliée entre le poinçon et la matrice. En mode laminage, le poinçon et la matrice sont positionnés de manière à ce que le matériau puisse être poussé à travers pour former un rayon.
Lors de la conception d’une ligne de production à grand volume basée sur des kits, réfléchissez attentivement à la méthode d’alimentation. Les lignes de pliage peuvent être conçues pour accepter le matériau directement depuis les bobines. La matière sera déroulée, aplatie, coupée à longueur et passée dans un module d'emboutissage puis dans différents modules de formage conçus spécifiquement pour un seul produit ou famille de produits.
Tout cela semble très efficace – et c'est pour le traitement par lots. Cependant, il est souvent peu pratique de convertir une ligne de cintrage en production de kits. La formation séquentielle d'un ensemble différent de pièces nécessitera très probablement des matériaux de différentes qualités et épaisseurs, ce qui nécessitera un changement de bobines. Cela peut entraîner des temps d'arrêt allant jusqu'à 10 minutes – un temps court pour une production en lots élevés/faibles, mais beaucoup de temps pour une ligne de pliage à grande vitesse.
Une idée similaire s'applique aux empileurs traditionnels, où un mécanisme d'aspiration récupère les pièces individuelles et les alimente vers la ligne d'emboutissage et de formage. Ils n'ont généralement de place que pour une taille de pièce ou peut-être plusieurs pièces de géométries différentes.
Pour la plupart des câbles flexibles en kit, un système d’étagères est le mieux adapté. La tour à crémaillère peut stocker des dizaines de pièces de tailles différentes, qui peuvent être introduites dans la chaîne de production une par une selon les besoins.
La production automatisée en kit nécessite également des processus fiables, notamment en matière de moulage. Quiconque a travaillé dans le domaine du pliage de tôle sait que les propriétés de la tôle sont différentes. L'épaisseur, ainsi que la résistance à la traction et la dureté, peuvent varier d'un lot à l'autre, ce qui modifie toutes les caractéristiques de moulage.
Ce n'est pas un problème majeur avec le regroupement automatique des lignes de pliage. Les produits et leurs lignes de production associées sont généralement conçus pour permettre des variations dans les matériaux, de sorte que l'ensemble du lot doit être conforme aux spécifications. Mais là encore, parfois le matériau change à tel point que la ligne ne peut pas le compenser. Dans ces cas-là, si vous coupez et façonnez 100 pièces et que quelques pièces sont hors spécifications, vous pouvez simplement réexécuter cinq pièces et en quelques minutes vous aurez 100 pièces pour l'opération suivante.
Dans une ligne de pliage automatisée en kit, chaque pièce doit être parfaite. Pour maximiser la productivité, ces lignes de production en kits fonctionnent de manière hautement organisée. Si une ligne de production est conçue pour fonctionner en séquence, disons sept sections différentes, alors l'automatisation fonctionnera dans cette séquence, du début à la fin de la ligne. Si la partie n°7 est défectueuse, vous ne pouvez pas simplement exécuter à nouveau la partie n°7 car l'automatisation n'est pas programmée pour gérer cette seule partie. Au lieu de cela, vous devez arrêter la ligne et recommencer avec la pièce numéro 1.
Pour éviter cela, la ligne de pliage automatisée utilise une mesure d'angle laser en temps réel qui vérifie rapidement chaque angle de pliage, permettant ainsi à la machine de corriger les incohérences.
Ce contrôle de qualité est essentiel pour garantir que la ligne de production prend en charge le processus basé sur les kits. À mesure que le processus s'améliore, une ligne de production basée sur des kits peut gagner beaucoup de temps en réduisant les délais de livraison de plusieurs mois et semaines à quelques heures ou jours.
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Heure de publication : 18 mai 2023