Übersicht über Eisenbearbeitungsmaschinen: Von den Grundlagen bis zu den technischen Details

I. Zweck und Klassifizierung von Eisenbearbeitungsmaschinen

Die Ironworker-Maschine ist eine weit verbreitete Scher- und Trennanlage für Metall. Sie kann nicht nur Metallplatten und Profile (einschließlich Rundstahl, Vierkantstahl, Flachstahl, Sechskantstahl, Winkelstahl, Kanalstahl, I-Träger, T-förmiger Stahl und andere speziell geformte Stahlmaterialien) durch Scheren und Trennen verarbeiten, sondern auch Stanzen und Stanzen (oder Ausklinken) an den flachen Teilen der Platten und Profile durchführen.

Da sie viele Arten von Scherprozessen ausführen kann, wird sie als Ironworker-Maschine bezeichnet, siehe Abbildung 1.

1-Stanzen
2 - Stanzen
3-Profil-Scheren
4-Platten-Schere

Je nach den festgelegten Arbeitsmechanismen und den entsprechenden Scherfunktionen, die ausgeführt werden können, lassen sich die Eisenbearbeitungsmaschinen in die folgenden Kategorien einteilen.

1. Stanz- und Profilschneidemaschine

Ausgestattet mit Stanz- und Profilschneidemechanismen kann sie Stanzarbeiten an Blechen und Profilen sowie Scherarbeiten an verschiedenen Profilen durchführen.

2. Blech- und Profilscherenmaschine

Sie kann nicht nur die Scherfunktion von Platten und Bändern erfüllen, sondern auch Schertrennarbeiten an Profilen durchführen.

3. Eisenbearbeitungsmaschine

Sie ist in der Lage, die Scherfunktionen der beiden oben genannten Schermaschinentypen zu übernehmen. Sie kann unterteilt werden in eine Eisenbearbeitungsmaschine mit vertikal angeordnetem Scherenmesser und eine Ironworker-Maschine mit horizontal angeordnetem Scherenmesser, wobei letztere aufgrund des eingeschränkten Arbeitsbereichs weniger eingesetzt wird.

4. Gesenkschere Eisenbearbeitungsmaschine

Sie kann nicht nur die Scherfunktion der oben genannten Schermaschinen erfüllen, sondern auch Stanzarbeiten an Blechen und Profilen durchführen, d. h. bestimmte Formen von Kerben auf dem flachen Teil des Blechs oder Profils ausschneiden, um Profile wie z. B. Winkelstahl zu rahmenförmigen Teilen zu biegen.

Aufgrund des allgemeinen Charakters dieser Art von Ausrüstung mit einer breiten Palette von Prozessen, wenigen Hilfsvorrichtungen, wenigen funktionellen Einstellmechanismen zur Verbesserung der Scherqualität und einfachen Spannvorrichtungen für die Scherteile führt dies zu einer geringeren Bearbeitungspräzision, größeren Maßfehlern und einer höheren Rauheit der Bruchfläche, so dass sie hauptsächlich in Werkstätten für die Blech- und Profilbearbeitung und in einigen Reparaturabteilungen mit vielen Metallbauteilen eingesetzt wird, bei denen die Präzisionsanforderungen nicht hoch sind, wie z. B. im Brücken-, Kessel-, Schiffs- und Bauwesen.

II. Technische Parameter der Eisenbearbeitungsmaschine

Gemäß den Vorschriften für die Erstellungsmethode von Schmiedemaschinenmodellen ist der Hauptparameter der mechanisch angetriebenen Eisenbearbeitungsmaschine die maximale Dicke des Stahlblechs, das abgeschnitten werden kann, während er bei der hydraulisch angetriebenen Eisenbearbeitungsmaschine durch die Nenndicke Kraft an der Stanzstelle Teil. In einigen Ländern wurden Eisenbearbeitungsmaschinen mit einer maximalen Schnittstärke von 32 mm, 25 mm und 20 mm hergestellt, wobei die Maschinen mit einer maximalen Schnittstärke von 16 mm am weitesten verbreitet sind.

Aufgrund des breiten Spektrums an Prozessen bringen große Eisenbearbeitungsmaschinen gewisse Schwierigkeiten bei der strukturellen Auslegung mit sich, und gleichzeitig ist die Auslastungsrate der Ausrüstung nicht hoch, wodurch die Verarbeitungskapazität der Ausrüstung nicht vollständig genutzt werden kann, so dass die Produktion von Großmodellen geringer ist.

Unser Land hat die Normen für die technischen Parameter der Eisenbearbeitungsmaschine formuliert. In Tabelle 1 sind die grundlegenden Parameter der Eisenbearbeitungsmaschinen in unserem Land aufgeführt. Die meisten der in der Tabelle aufgeführten Produkte werden bereits im Inland hergestellt, und ihre technischen Parameter sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 1 Grundparameter der Eisenbearbeitungsmaschine in unserem Land (Einheit: mm)

Anmerkung: Die Zugfestigkeit σ _b < 450MPa.

Tabelle 2 In China hergestellte Schermaschinen zum Längsschneiden in Kombination mit Stanzen

Anmerkung: Die Zugfestigkeit des verarbeiteten Materials σ _b ≤450MPa.

III. Funktionsprinzip und Bauform der Eisenbearbeitungsmaschine

1. Arbeitsprinzip der Ironworker-Maschine

Das Funktionsprinzip der mechanischen Transmissions-Eisenbearbeitungsmaschine ist ähnlich wie das der allgemeinen mechanische Presse und Schermaschine. Die Stanz- und Scherarbeiten werden durch den Motor ausgeführt, der den Schieber oder das Messer über das Übertragungssystem und den Kurbelstangenmechanismus antreibt, so dass der Stempel auf dem Schieber oder das Messer auf dem Messer die Stanz- oder Scherarbeiten ausführen kann. Abbildung 2 zeigt das Funktionsschema der Eisenbearbeitungsmaschine. Abbildung 3 zeigt die Stanz- und Scherprozess Das Diagramm wird von der Eisenbearbeitungsmaschine ausgefüllt.

a) Stanzen
b) Plattenscheren
c) Scheren von Stangenmaterial
d) Scheren von Winkelstahl
e) Scheren von T-Trägern
f) Abscherung der T-Bewehrung im Winkel
g) Scheren von I-Trägern
h) Scheren von Kanalstahl
i) Gesenkscheren
1 Obere Matrize stempeln
2 Untere Matrize stempeln
3-bearbeiteter Knüppel
4-Obermesser
5-Untermesser
6-Material-Sperrmechanismus

a) Lochen von runden, ovalen und rechteckigen Löchern
b) Scheren von Winkelstahl 90°, 45°
c) Scheren von Rundstahl, Rechteckstahl
d) Scheren von Flachstahl
e) Gesenkscheren 90°, 45°

(1) Stanzen

Die obere Matrize 1 ist auf dem Schlitten befestigt (siehe Abbildung 2a) und bewegt sich mit dem Schlitten auf und ab, während die untere Matrize 2 auf der Werkbank befestigt ist. Die Stanz- und Scherarbeiten sind abgeschlossen, wenn sich das Oberwerkzeug nach unten bewegt. Der Abstand zwischen Ober- und Unterstempel hängt von der Dicke und den mechanischen Eigenschaften des Blechmaterials ab. Die richtige Wahl des Spaltes zwischen Ober- und Untergesenk ist entscheidend für die Qualität der gestanzten Teile, wobei im Allgemeinen ein Spaltwert für eine Blechdicke von 3~10mm angenommen wird.

Δ=(0,06～0,1)t

In der Formel

• t-Plattenstärke (mm).

Wenn die Dicke der Stanzplatte größer als 10 mm ist, nehmen Sie den Abstand

Δ = (0,1～0,15)t

Die Schaufeltiefe der unteren Matrize wird im Allgemeinen

a = 3～5mm

Beim Stanzen auf einer Ironworker-Maschine werden im Allgemeinen relativ einfach geformte Stanzteile verwendet, z. B. für den Steg von Plattenmaterial, Winkelstahl, den Steg und den Flansch von Kanalstahl sowie den Steg und den Flansch von I-Trägern, wie in Abbildung 4 dargestellt.

1-Maschinengehäuse
2 - Oberer Würfel
3-Profil
4-Unterer Würfel
L-Kehlentiefe

Aufgrund der kleinen Arbeitsfläche an der Stanzposition und des Fehlens von Hilfsvorrichtungen sind die Stanzgenauigkeit und die Produktionseffizienz geringer als bei allgemeinen Pressen. Daher wird sie häufig in Konstruktionswerkstätten für Hilfsprozesse wie das Stanzen und Nieten von Löchern verwendet.

(2) Scheren von Blechen

Das Obermesser ist auf dem Werkzeughalter befestigt, der zum Scheren um einen festen Drehpunkt schwenkt, wie in Abbildung 2b dargestellt. Das Obermesser ist gegenüber dem Untermesser in einem Winkel geneigt, der als Scherwinkel bezeichnet wird. Die Größe des Scherwinkels steht in direktem Zusammenhang mit der Scherkraft; je größer der Scherwinkel, desto geringer die Scherkraft. Ein größerer Scherwinkel vergrößert jedoch die Torsionsverformung des Blechs und verringert die Scherqualität.

Bei der Ironworker-Maschine mit schwenkbarem Werkzeughalter nimmt der Scherwinkel während des Scherprozesses allmählich ab. Der Scherwinkel wird im Allgemeinen zwischen 8° und 12° eingestellt. Wenn er zu groß eingestellt ist und die horizontale Komponente der Scherkraft die Reibung zwischen dem Blech und dem Untermesser übersteigt, rutscht das Blech in Richtung der horizontalen Kraft heraus, was das Scheren unmöglich macht und zu Unfällen führen kann. Daher ist es wichtig, den richtigen Scherwinkel zu wählen.

Das Spaltmaß zwischen Ober- und Untermesser ist ebenfalls ein wichtiger Faktor, der die Scherqualität beeinflusst. Der Spaltwert Δ wird hauptsächlich auf der Grundlage der Dicke des zu scherenden Blechs und der mechanischen Eigenschaften des Materials gewählt, im Allgemeinen

Δ=(0,05～0,1)t

wobei

• t-Dicke des zu scherenden Blechs (mm).

(3) Scheren von Stangenmaterial

Üblich ist das Scheren von Rund- und Vierkantstangen, wobei die zylindrische oder quadratische Messerplatte fest am Maschinenkörper angebracht ist und die bewegliche Messerplatte am Werkzeughalter befestigt ist und sich mit dem Werkzeughalter bewegt, um den Rohling zu scheren (siehe Abbildung 2c).

Da sich die Öffnung (oder Seitenlänge) der Klinge auf der Messerplatte nicht mit dem Durchmesser (oder der Seitenlänge) des geschnittenen Stangenmaterials ändern kann, d. h. das radiale Spiel kann nicht eingestellt werden, und das axiale Spiel zwischen der beweglichen und der feststehenden Messerplatte kann ebenfalls nicht mit den verschiedenen Durchmessern (oder Seitenlängen) des Stangenmaterials geändert werden, was in Verbindung mit dem Steifigkeitseffekt der Pressplatte zu einer größeren Verformung des geschnittenen Abschnitts führt. Daher sind die auf der Ironworker-Maschine geschnittenen Rohlinge meist von mittlerer oder kleinerer Größe im Durchmesser oder in der Seitenlänge, und die Anforderungen an die Scherqualität sind nicht hoch, mit einer nicht zu großen Losgröße.

Das Axialspiel zwischen den Schermessern ist ein wichtiger Faktor, der die Scherpräzision beeinflusst. Ein zu großer oder zu kleiner Wert des Spiels führt zu einer schlechten Qualität des gescherten Profils.

Die Wahl des Abstandswertes hängt hauptsächlich vom Durchmesser, der Seitenlänge und den mechanischen Eigenschaften des Stangenmaterials ab. Bei Materialien mit hoher Festigkeit und Sprödigkeit sollte ein kleinerer Wert gewählt werden, andernfalls ist ein größerer Wert angemessen. Der Abstandswert für das Scheren eines Stangenmaterials mit demselben Durchmesser sollte bei hoher Geschwindigkeit kleiner sein als bei niedriger Geschwindigkeit.

Bei Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und niedrig legiertem Stahl mit einer Zugfestigkeit von weniger als 800 MPa wird der Wert für den Abstand zwischen den Schaufeln im Allgemeinen wie folgt festgelegt

Δ = (0,02～0,06)d

wobei

• d - Durchmesser des abgescherten Stangenmaterials (mm).

Die richtige Wahl des Axialspiels zwischen den Messern ist eine wichtige Voraussetzung, um qualitativ hochwertige Scherprofile zu erhalten.

(4) Profilscheren

Die Abbildungen 2d, 2e, 2f, 2g und 2h zeigen das Scheren von Winkelstahl, T-förmigem Stahl, I-Trägern und Kanalstahl. Die Scherkraft P wirkt auf die Scherebene in einer Richtung von etwa 45° zur horizontalen Ebene des Profils, wodurch die reine Scherfläche der Schnittkante vergrößert und damit Rissbildung und Verformung reduziert werden können.

(5) Matrizenscheren

Im oberen Teil des Scherenmessers der Ironworker-Maschine wird häufig eine Scherenstation eingerichtet, wie in Abbildung 2i gezeigt, in der sich die obere Matrize 4 mit dem Messer bewegt und die untere Matrize 5 am Körper der Maschine befestigt ist, die rechteckige, dreieckige oder halbkreisförmige Kerben in Bleche und Profile schneiden kann (wie in Abbildung 3e gezeigt).

Das Gesenkscheren wird hauptsächlich zum Ausklinken verschiedener Profile für die Herstellung von Bauteilen wie z. B. Rahmen verwendet, wie in Abbildung 5 dargestellt.

1-Rahmen
2-Blech
3-Schrott abschneiden

Der Spalt zwischen den Schneidkanten ist entscheidend für die Qualität des Scherens und wird im Allgemeinen

Δ=(0,05～0,1)t

In der Formel

• t-Dicke des Schermaterials (mm).

Der Neigungswinkel des Stanzmessers ist in Abbildung 2i dargestellt.

α=8°~12°

Der Neigungswinkel der Schneidkante

β = 2°～3°

Die Blechschere ist ein grundlegender Teil der Eisenbearbeitungsmaschine, und die kombinierte Bedingung für jede Station ist, dass die Scherarbeit und die Leistung jeder Scherstation gleich sind. Um die Struktur vernünftig zu gestalten, die Motorleistung voll auszunutzen, die Maschine nicht zu sperrig werden zu lassen, die Betriebssicherheit zu gewährleisten und die Wartung zu erleichtern, darf die Blechschere nicht mehrere Scherprozesse gleichzeitig ausführen, sondern muss getrennt nach einem bestimmten Arbeitszyklusdiagramm arbeiten, wie in Abbildung 6 dargestellt.

a) Doppelfunktionale Eisenbearbeitungsmaschine
b) Dreifach-Eisenbearbeitungsmaschine

Beim Scheren von Blechen beträgt der maximale Arbeitswinkel der Exzenterwelle 180°, gefolgt vom Leerlaufrücklauf des Scherenmessers. Bei der Doppelzweck-Blechbearbeitungsmaschine ist der Arbeitszyklus in Abbildung 6a dargestellt, wobei α ₁ ist der Drehwinkel der Exzenterwelle beim Abscheren des Blechs, und α ₁ ' ist der Drehwinkel der Exzenterwelle beim Stanzen (oder Profilschneiden).

Das Arbeitszyklusdiagramm der Dreifach-Bügelmaschine ist in Abbildung 6b dargestellt. Es gibt eine Überlappung zwischen dem Anfang und dem Ende der Stationen, was sich in den Überlappungswinkeln γ ₁ und γ ₂ auf den Drehwinkel der Exzenterwelle, der im Allgemeinen mit 15° angenommen wird.

2. Strukturelle Formen von Eisenbearbeitungsmaschinen

Die Struktur der Eisenbearbeitungsmaschine wird je nach den Anforderungen des Prozesses ausgewählt. Im Stanzbereich wird beispielsweise ein offener Körper mit einer bestimmten Ausladung verwendet, um das Stanzen und Scheren von Löchern in verschiedenen Positionen auf der Oberfläche von Platten oder Profilen zu erleichtern. Der Öffnungsabstand zwischen dem Arbeitstisch und dem Schieber im Stanzbereich muss ebenfalls groß sein, um die Installation von Stanz- und Scherwerkzeugen für Kanalstahl, I-Träger und andere speziell geformte Stahlmaterialien zu erleichtern.

Die Bereiche für die Blechschere und die Matrizenschere befinden sich auf der anderen Seite des Maschinenkörpers, was das Be- und Entladen sowie das Scheren von langen Bandblechen erleichtert. Da die Profile meist stabförmig sind, wie z. B. Winkelstahl, Kanalstahl, Rundstahl usw., ist der zu schneidende Querschnitt klein und die Länge groß, so dass die Position der Scherkante oft im Bauch des Maschinenkörpers liegt, wie in Abbildung 7 gezeigt, in einer geschlossenen Struktur. Der gesamte Maschinenkörper ist kompakt angeordnet, was auch die Steifigkeit des Maschinenkörpers verbessert und zur Verbesserung der Schergenauigkeit des Querschnitts beiträgt.

a) Typ mit einer Exzenterwelle
b), c) Doppelt exzentrisch gelagerter Wellentyp
1-Elektromotor
2-V-Riemenantrieb
3-Gang Untersetzungssystem
4-Exzenterwelle
5-Scherenmesserhalter
6-Die Schere
7-schneidige Klinge
8-Profil-Scheren
9-Stanzen der oberen Matrize
10er-Schieberegler

Das Antriebssystem der Eisenbearbeitungsmaschine besteht hauptsächlich aus einer Exzenterwelle (siehe Abbildung 7a) und einer Doppelexzenterwelle (siehe Abbildungen 7b und 7c). Der Typ mit einfacher Exzenterwelle hat eine einfache Struktur, ist leicht und wird häufiger verwendet. Der Typ mit doppelter Exzenterwelle hat eine komplexere Struktur, ist schwerer und wird in einigen großen Eisenbearbeitungsmaschinen verwendet.

Im Übertragungssystem werden der Schieber des Stanzteils und der Werkzeughalter des Scherteils von einem Elektromotor über einen Keilriemen, ein Untersetzungsgetriebe, eine Exzenterwelle, eine Verbindungsstange und einen Hebelmechanismus angetrieben, um die Drehbewegung in eine lineare Hin- und Herbewegung oder ein Schwingen umzuwandeln, wodurch der Schieber und der Werkzeughalter angetrieben werden und die obere Stanzmatrize, das obere Schermesser, die obere Matrize des Matrizenscherteils und das bewegliche Messer des Profilscherteils die Stanz- bzw. Scherarbeiten entsprechend dem Arbeitszyklusdiagramm ausführen.

Am oberen Teil des Stanzschiebers und des Scherwerkzeughalters sind Federn angebracht, um das Gewicht von Schieber und Stanzwerkzeug, Werkzeughalter und Messer auszugleichen und einen reibungslosen und sicheren Betrieb des Übertragungssystems zu gewährleisten.

Zusätzlich zur allgemeinen Struktur der Eisenbearbeitungsmaschine haben die einheimischen Hersteller die vertikale Blech- und Profilschere des Typs QR32-8 (siehe Abbildung 8) entwickelt, die sich durch ein neuartiges Aussehen, eine relativ kompakte Struktur, ein kleineres Volumen, ein geringeres Gewicht und eine geringere Stellfläche auszeichnet, was sie für eine Vielzahl von Anwendern in der Maschinenbauindustrie, im Baugewerbe und in der Handwerksindustrie geeignet macht.

Die Ironworker-Maschine ist eine Mehrzweck-Stahlschneid- und -Stanzanlage für die Kleinserienfertigung in mehreren Varianten. Im Vergleich zu Pressen, Schermaschinen und anderen Geräten hat sie weniger funktionale Zusatzkomponenten, was zu einer geringeren Verarbeitungspräzision und einem niedrigeren Automatisierungsgrad führt, weshalb sie von einigen großen Produktionsunternehmen weniger genutzt wird.