Den Bruch von Metallrohren auf kleinste Probleme zurückführen

Um die Ursache dieses Rohrrisses zu finden, musste tief in die Rohrbiegemaschine gegraben und alles, was vor sich ging, visuell beobachtet werden.

Ich habe kürzlich einen Hersteller besucht, der mit seiner CNC-Rohrbiegemaschine Schwierigkeiten hatte, gleichbleibend hochwertige Teile herzustellen.

Das war eine Herausforderung. Manchmal knitterte das Teil stark an der Innenseite der Biegung; Manchmal brach das Teil an der Außenseite der Biegung. Und manchmal waren es drei, vier oder mehr Kurven hintereinander, die perfekt waren. Ohne jegliche Änderung an den Werkzeugen oder der Maschineneinrichtung waren die Teile durchweg inkonsistent!

Unter den besten Umständen war es nicht einfach, dieses Teil herzustellen. Es handelte sich um einen aluminisierten Schlauch mit einem Außendurchmesser von 2 Zoll und relativ dünnen Wänden (0,049 Zoll), der auf einem Rohr mit 2 Zoll gebogen war. Mittellinienradius mit kurzer Grifflänge. Es handelte sich jedoch um einen Hersteller mit Erfahrung in der Herstellung dieser Teile, der über sehr erfahrenes Personal für die Einrichtung und Bedienung der Maschine verfügte und über ein hervorragendes Wartungsteam verfügte.

Ich hatte das Glück, das Biegen von Rohren von diesem Einrichtungs-, Bediener- und Wartungspersonal zu erlernen, das diese schwierigen Teile jeden Tag herstellt. Sie kennen ihre Teile, Maschinen und Werkzeuge wirklich. Wenn mir einer dieser Typen sagt: „Ich weiß nicht, was los ist“, ist das ernst.

Nachdem wir den Betrieb einiger Teile beobachtet und die Unstimmigkeiten festgestellt hatten, beschlossen wir mit Hilfe des Bedieners, neu zu beginnen, als ob das Teil zum ersten Mal auf die Maschine gesetzt würde. Gleichzeitig überprüften wir den Betrieb und die Position der 10 Achsen der vollelektrischen Maschine und gingen die Teileeinstellungen im Steuerungssystem durch. Wir haben festgestellt, dass die Schlittenposition ein wenig abweicht und dass die Druckdüsenunterstützung (PDA) etwa 1/8 Zoll hinter der Stelle liegt, an der Null hätte sein sollen. Wir haben auch festgestellt, dass der Nullpunkt des Biegearms etwas hinter der Stelle lag, an der er hätte sein sollen.

Wenn Sie jemals eine Rohrbiegemaschine für die Produktion eingerichtet haben, wissen Sie, dass es schwierig ist, verschiedene Dinge konsistent einzurichten. Eine Person kann anders vorgehen als eine andere, und das kann dazu führen, dass ein Teil bei jeder Einrichtung anders läuft. Dornposition, Wischermatrizenposition und -neigung, Klemmmatrizenposition und Druckmatrizenposition sind nur einige Dinge, die leicht von zwei verschiedenen Bedienern unterschiedlich eingestellt werden können – oder sogar vom gleichen Bediener, der das gleiche Teil zu unterschiedlichen Zeiten einrichtet.

Einer der Vorteile der Verwendung einer vollelektrischen Biegemaschine, bei der jede bewegliche Achse durch das Steuerungssystem präzise positioniert wird, besteht darin, dass viele dieser Setup-Variablen minimiert werden können. Aber auch bei Biegemaschinen, die nicht rein elektrisch sind, können Maßnahmen ergriffen werden, um eine konsistente Einrichtung sicherzustellen. Bei konsequenter Anwendung dieser Praktiken durch das Montagepersonal und die Bediener verringert sich die Ausschussmenge beim Wechsel von einem Teil zum anderen und kann die Umrüstzeit erheblich verkürzen.

In diesem Fall verfügte der Hersteller über hervorragende Prozesse, um sicherzustellen, dass die Werkzeugeinrichtung wiederholbar und konsistent war. Dies hing jedoch von der Konstanz der Maschinenpositionen ab.

Tangentenvariation. Die Tangente an einer Rohrbiegemaschine ist eine imaginäre Linie senkrecht zum Weg des Rohrs beim Eintritt in die Biegematrize. Hier kommt es zur Biegung. Eine geringfügige Änderung der Position des Biegearms ändert die scheinbare Position der Tangente des Biegewerkzeugs relativ zum Rohrweg, und dies kann dazu führen, dass sich die Position des Abstreifwerkzeugs und seines Spans – im Vergleich zum Klemmabschnitt des Biegewerkzeugs – unterscheidet der tatsächliche Neigungswinkel relativ zum Pfad des gebogenen Rohrs. Dadurch weicht die scheinbare Position des Dorns von der Position ab, die anhand der tatsächlichen Tangente gemessen wird.

Arm beugen. Wenn der Biegearm zu weit von der Position entfernt ist, wird der Biegevorgang durch das Festklemmen und nicht durch die Bewegung des Biegearms gestartet. In diesem Fall kann es sein, dass sich der Schlauch faltet, anstatt sich zu verbiegen.

Schließlich stellte sich heraus, dass ein gerissener Riemen über einen Zahn in einem Kettenrad hüpfte, was dazu führte, dass die Bediener beim Zurücksetzen anderer Komponenten in der Rohrbiegemaschine mehrfach überkompensierten, was zu einem Bruch des Rohrs führte.

Druck-Matrizen-Assistent. Der PDA bewegt die Druckmatrize beim Biegen nach vorne, sodass sie beim Biegen dem Rohrverlauf folgt. Bei Maschinen mit PDA kann die Geschwindigkeit dieser Achse an die relative Geschwindigkeit des Rohrs angepasst oder so eingestellt werden, dass sie auf das Rohr drückt, um die Wandverdünnung am Rohraußendurchmesser zu minimieren. Eine zu starke Wandverdünnung führt zum Aufplatzen des Rohrs.

Der Nullpunkt des PDA legt theoretisch die Fläche des Druckstempels direkt auf die Tangente fest. Verschiedene Maschinenhersteller und Werkzeugkonstrukteure fügen jedoch möglicherweise einen kleinen Abstand hinzu, indem sie die Fläche der Druckmatrize hinter den Nullpunkt legen, sodass genügend Platz für das Schließen der Klemmen ohne Kollision vorhanden ist.

Wir setzen die Positionen von Schlitten, PDA und Biegearm zurück. Der Kunde hat die Biegewerkzeuge zurückgesetzt und wir haben ein paar Testbiegungen durchgeführt. Nach ein paar kleinen Anpassungen war die Maschine wieder in Produktion. Alle waren glücklich und ich fing an, meine Werkzeuge zu packen und den Papierkram auszufüllen.

Gerade als ich weggehen wollte, gab es ein „Plopp“-Geräusch aus der Maschine. Das Teil war fertig – es sah immer noch gut aus und passte zum Messgerät. Ich beschloss jedoch, zu bleiben und mir noch ein paar Teile anzusehen. Nach ein paar weiteren Minuten gab es erneut einen Knall, aber der Bieger lieferte immer noch gute Teile.

Nach ein paar weiteren Minuten gab es jedoch einen dritten Knall. Diesmal passte das Teil nicht mehr zur Lehre und die Biegequalität war nicht mehr ganz so hoch wie zuvor. Wir haben die Produktion gestoppt und den Werkzeugaufbau noch einmal überprüft. Alles sah genauso aus wie damals, als wir das erste gute Teil gemacht haben. Wir haben noch einen Teil gelaufen. Dieses Mal hörten wir ein weiteres Knallen. Die Außenseite des Rohres riss bei jeder Biegung!

Wir haben uns den Werkzeugaufbau noch einmal angeschaut und alles sah immer noch beim Alten aus. Also haben wir die Achsenpositionen noch einmal überprüft. Der Schlitten und der Biegearm waren immer noch korrekt, aber der PDA befand sich wieder etwa 1/8 Zoll hinter der Stelle, an der sein Nullpunkt hätte sein sollen.

Der PDA dieser Maschine war servoangetrieben, und bei der Herstellung des Teils mit engem Radius verließ sich das Unternehmen stark auf seinen Vorschub, um die Materialverdünnung entlang der Außenseite der Biegung zu minimieren. Dieser PDA war an einem Untersetzungsgetriebe montiert, und ein sehr starker Zahnriemen drehte die Mutter auf einer Kugelumlaufspindel, die den PDA positionierte. Wir haben die Abdeckungen entfernt und alles einer Sichtprüfung unterzogen, konnten jedoch keine offensichtlichen Probleme feststellen.

Dann, ohne die Abdeckungen, liefen wir einen weiteren Teil. Wir hörten noch einmal ein Knacken, und dann sahen wir es: Der Zahnriemen sprang über einen Zahn am Kettenrad!

Wir haben einen kleinen Riss in einer Kante des Zahnriemens gefunden. Als es sich unter der für die Herstellung des Teils erforderlichen Last um das Kettenrad bewegte, lockerte der kleine Riss die Spannung am Riemen gerade so weit, dass er einen Zahn überspringen konnte. Jedes Mal, wenn dies geschah, kehrte der PDA in eine etwas weiter hinten liegende Position zurück. Dies erweckte den Eindruck, als sei der Biegearm weiter außen, als er tatsächlich war.

Im Laufe der Zeit reichte dies aus, um das Problem zu verursachen. Das Wartungsteam des Unternehmens ging davon aus, dass der Biegearm aufgrund des zu großen Abstands zwischen der Druckmatrize und der Klemmmatrize nicht in der richtigen Position war, und hatte die Position des Biegearms im Verhältnis zum PDA zurückgesetzt und sie leicht hinter Null verschoben. Dies erweckte den Eindruck, dass die Kutsche vorne nicht in der richtigen Position war, sodass auch ihre Position leicht verändert wurde. Jedes Mal, wenn die Crew diese Änderungen vornahm, konnte die Maschine für eine Weile wieder in Produktion gehen. Doch dann wiederholte sich der gesamte Vorgang, bis die drei Achsen so weit aus der Position geraten waren, dass die Wischer- und Dornmatrizen ihre Arbeit nicht mehr effektiv erledigen konnten, selbst wenn die Mannschaft ihre Einrichtungsprozeduren befolgte.

Glücklicherweise hatte das Unternehmen einen Ersatzriemen zur Hand. Wir konnten das Band wechseln, die PDA-Position zurücksetzen und die Maschine wieder in Produktion nehmen.