ПОТОЧНАЯ ЛИНИЯ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА

Полезная модель относится к обработке металла при помощи лазерной и плазменной резки.
В настоящее время для раскроя металлических листов широко применяются технологические линии с использованием штампо-вырубного оборудования. Технологические линии включают оборудование, расположенное в порядке технологического цикла: гильотину для вырубки карточек, вырубные штампы, пресса, слесарный участок для рихтовки и зачистки заусенок, участок маркировки вырубленных деталей [В.П.Романовский. «Справочник по холодной штамповке». Л.Машиностроение, 1979 г., 520 с.].
Недостатком данной технологической линии является низкий коэффициент использования металла (КИМ), большая материалоемкость штампов, длительный цикл подготовки производства (изготовления штампов). Как следствие, технологическая линия обладает низкой гибкостью и эффективностью производства. Такие технологии требуют большого числа высококвалифицированных слесарей-инструментальщиков, износ штампов приводит к необходимости периодического обновления оснастки.
Известна технологическая линия раскроя металлических листов, с использованием лазерного оборудования [Проспект фирмы Трумпф, Германия. Лазерный технологический комплекс TCL 3030]. Технологическая линия содержит источник лазерного излучения (лазерный модуль), лазерную режущую головку, раскройный стол и средства 3-х координатного перемещения лазерной режущей головки.
Детали, изготовленные с использованием данной технологической линии, не требуют доработки, точность изготовления превышает точность штамповки. Лазерная технология резки имеет высокий КИМ.
Однако, лазерная технологическая линия обладает низким (порядка 8-10%) КПД, выполнение работ с высокой точностью при больших габаритах раскройного поля ведет к удорожанию стоимости оборудования, увеличению производственных площадей.
Одним из недостатков вышеприведенных технологических линий является то, что они не замкнуты в единую технологическую линию эффективной транспортной системой, которая обеспечивала бы непрерывное и согласованное перемещение обрабатываемых изделий от подготовительного участка до участка резки, а затем до участка сортировки и хранения готовых изделий. Технологические линии, связанные эффективными транспортными системами, принято называть поточными линиями.
Наиболее близкой, к заявляемой полезной модели, является поточная линия обработки листового проката (патент РФ 2105654, on. 27.02.1998). Поточная линия содержит установленные в технологической последовательности и связанные между собой транспортными и передающими средствами: подготовительный участок, участок маркировки, несколько участков резки и участок сортировки и хранения готовых изделий.
Участок резки (обработки) содержит плазменный модуль (источник питания плазменной дуги), оснащенный головкой для плазменной резки, средства 3-х координатного перемещения плазменной головки, раскройный стол и систему управления (ЧПУ).
Подготовительный участок включает склад листового материала, устройства правки листа, устройства очистки и грунтовки.
Участок маркировки снабжен средствами для маркировки и выполнен в виде, по крайней мере, двух выкатных столов, установленных на одном уровне с раскройным водоналивным столом.
Транспортные средства представляют собой несколько рольгангов, выкатные столы, а передающие средства - перегружатель.
Раскройный стол имеет корпус в виде короба на колесах и опорную решетку. Короб заполняется водой. Раскройный водоналивной стол оснащен приводным механизмом.
Поточная линия работает следующим образом. Листовая заготовка с подготовительного участка (пройдя процедуру правки, очистки и грунтовки) перегружателем устанавливается на рольганг и перемещается на участок маркировки, где средствами маркировки осуществляется маркировка зон, где в последующем будет вырезана деталь. После маркировки выкатные столы перемещают заготовку к зоне загрузки. Перегружатель переносит заготовку на решетку водоналивного раскройного стола, который в это время находится на позиции загрузки. Приводной механизм сначала перемещает раскройный водоналивной стол в рабочую зону, где осуществляется плазменная резка. Плазменная головка, двигаясь по заданному контуру с помощью средств 3-х координатного перемещения, разрезает листовую заготовку на детали. После раскроя листа раскройный стол перемещается на позицию разгрузки. Вырезанные детали выгружаются с решетки и перемещаются на участок сортировки и хранения готовых изделий. Освобожденный от деталей раскройный водоналивной стол перемещается на позицию загрузки. Затем цикл повторяется.
Данная поточная линия характеризуется недостаточными функциональными возможностями:
1. Технология плазменной резки, ввиду большой ширины плазменного реза и шероховатости плазменной резки, обеспечивает малую точность резки (5±1,5 мм), и тем самым не позволяет обрабатывать детали, требующие более высокой точности обработки, как, например, при финишной обработке деталей. Кроме того большие размеры раскройного поля, когда укладывается целый прокатный лист, требует установки длинных массивных траверс средств 3-х координатного перемещения, оснащения их массивными мощными электроприводами, что приводит в процессе резки или остановки к появлению больших сил инерционного сопротивления движению (F=ma) и не обеспечивает высокую точность обработки. Кроме того, сказывается еще и большее изменение деформации, связанное с большим удлинением траверсы при изменении температуры обработки из-за увеличения ее длины, что также снижает точность обработки.
2. В поточной линии используется несколько рольгангов, перегружателей, выкатные столы и подъемно-транспортные средства. Кроме того, эта линия требует громоздких ванн с водой и систем нейтрализации вредных отходов, образующихся в процессе плазменной резки, что не позволяет встраивать ее в существующее производство. В результате эту поточную линию можно отнести только к классу низкоточных заготовительных производств.
В основу полезной модели положена задача расширения функциональных возможностей поточной линии за счет повышения точности обработки листового проката и снижения массогабаритных размеров.
Поставленная задача решается тем, что в поточной линии обработки листового проката, содержащую установленные в технологической последовательности и связанные между собой транспортными и передающими средствами подготовительный участок, один или несколько участков обработки, в том числе участок обработки, содержащий плазменный модуль, оснащенный плазменной режущей головкой, установленной на средствах 3-х координатного перемещения, систему ЧПУ, раскройный стол и средства маркировки, а также участок сортировки и хранения готовых изделий согласно полезной модели дополнительно введены лазерный модуль, оснащенный, установленными на средствах 3-х координатного перемещения, лазерной режущей головкой и лазерной маркировочной головкой, которая выполняет роль средств маркировки, транспортные средства, соединяющие подготовительный участок, один или несколько участков обработки и участок сортировки и хранения готовых изделий, выполнены в виде транспортной тележки со съемной решеткой, которая одновременно является раскройным столом, подготовительный участок содержит гильотину, рольганг и передающие средства.
Кроме того, плазменная головка выполнена в виде пароводяного плазмотрона.
Снабжение участка обработки лазерным модулем с лазерной режущей и маркирующей головками позволило повысить точность обработки за счет возможности обеспечения наряду с частичным использованием плазмы при обработке габаритных и неответственных размеров, где непринципиальна ширина реза, получения высокоточных размеров с использованием лазерной головки (частично) с узким резом (±0,01-0,015 мм), обеспечивающим заданную точность раскроя, что расширило номенклатуру обрабатываемых деталей.
Введение гильотины в состав подготовительного участка позволяет предварительно нарубить лист на несколько частей, соответствующих зоне раскроя, которая становится значительно меньше, чем в поточной линии по патенту РФ 2105654. Это приводит к уменьшению габаритов и массы подвижной траверсы с раскройными головками, средств 3-х координатного перемещения, уменьшению динамических сил сопротивления перемещению их, что дает возможность увеличить скорость резания при обеспечении более высокой точности, которую легче обеспечить при небольших габаритах зоны реза.
Выполнение раскройного стола в виде транспортной тележки для перемещения небольших частей обрабатываемого листа от подготовительного участка до участка обработки, а затем к участку сортировки, позволило снизить материалоемкость и габариты поточной линии, встроить ее в существующие производства. Кроме того, являясь раскройным столом тележка жестко фиксирует обрабатываемую деталь при раскрое, обеспечивая жесткость крепления детали и, следовательно, точность ее обработки.
Введение лазерной маркирующей головки позволяет совместить маркировку с плазменной резкой, при этом сокращается время обработки.
Кроме того, выполнение плазменной головки в виде пароводяного плазмотроиа улучшило экологию процесса обработки, т.к. такой плазмотрон практически не имеет выбросов токсичных газов в атмосферу при плазменной резке, что позволило отказаться от громоздких ванн с водой и систем нейтрализации вредных отходов.
Повышение точности обработки позволило отнести заявляемую поточную линию для обработки листового проката к классу поточных линий как для заготовительного производства, так и для финишной обработки металлов в отличие от поточной линии по патенту РФ 2105654, предназначенной только для заготовительного производства, что наряду с возможностью встраивания ее в существующие производства расширяет функциональные возможности заявляемой поточной линии.
Описание конструкции поточной линии иллюстрировано чертежами. На фиг.1 приведена общая технологическая схема поточной линии;
На фиг.2 даны конструктивные особенности транспортной тележки. В состав поточной линии обработки листового проката входят подготовительный участок 1, включающий склад промежуточного хранения листов, перемещатель (листоукладчик на чертеже не показан) и гильотину 2 с рольгангом 3, участок 4 сортировки и хранения готовой продукции и несколько участков 5 обработки, каждый из которых представляет собой раскройно-маркировочный плазменно-лазерный комплекс. Все участки 1, 4 и 5 связаны между собой транспортной тележкой 6, которая одновременно выполняет функцию раскройного стола.
Раскройно-маркировочный плазменно-лазерный комплекс 5 содержит лазерный модуль 7 (источник лазерного излучения), плазменный модуль 8 (источник питания плазменной дуги), систему ЧПУ 9 и 3-х координатную систему 10 перемещения рабочгх маркировочной и раскройных головок. Трехкоординатная система 10 перемещения включает в себя раму 11, закрепленную на полу с помощью стоек 12, с облегченной подвижной траверсой 13, на которой установлены с возможностью перемещения плазменная режущая головка 14, лазерная режущая головка 15 и лазерная маркировочная головка 16, а также управляющую оптическую система 17. Раскройный стол выполнен в виде транспортной тележки 6. Транспортная тележка 6 выполнена в виде металлического короба 18 на колесах 19, внутри которого установлены стойки 20, на которых устанавливается съемная решетка 21. Для точной фиксации раскройного стола в зоне резки, на полу установлены направляющие 22 и управляемые фиксаторы 23.
Работа поточной линии по обработке листового проката состоит в следующем. На подготовительном участке 1, металлический лист со склада перемещается рольгангом 3 к гильотине 2, где разрезается на небольшие заготовки 24. Затем заготовки 24 устанавливают на транспортную тележку 6 и перемещают на один из участков 5 обработки, в рабочую зону. Колеса 19 при перемещении тележки 6 в рабочей зоне, двигаются по направляющим 22 и затем жестко закрепляются с помощью управляемых фиксаторов 23. Фиксация осуществляется в горизонтальной плоскости, а также в вертикальной плоскости, обеспечивая стабилизацию высоты поверхности листовой заготовки, независимо от толщины листовой заготовки 24.
Раскрой листовой заготовки 24 осуществляется по заранее установленной программе раскроя, путем управляемого перемещения плазменной режущей головки 14 или лазерной режущей головки 15. Сначала производят резы лазерной режущей головкой 16 в зонах, требующих высокоточных размеров. Высокая точность обработки обеспечивается меньшим полем раскроя и, как следствие, низкими динамическими нагрузками, а также малой шириной реза лазерной головкой (0,05-0,1 мм). После лазерного раскроя на листе остаются узкие прорези по контуру детали в зонах высокоточных размеров. Затем производят резы плазменной режущей головкой 14 в зонах габаритных размеров. Точность обработки в этих зонах более низкая, поскольку ширина реза плазменной головки 1,0-1,5 мм. Ввиду того, что объем плазменной резки, как правило, значительно превышает объем лазерной резки, а КПД плазмы на порядок выше КПД лазера, то КПД технологической плазменно-лазерной поточной линии существенно превышает КПД лазерной поточной линии, а точность изготовления деталей превышает точность плазменной поточной линии.
Одновременно с плазменным раскроем может осуществляться маркировка изделий, с использованием маркировочной лазерной головки 16. Поскольку скорость перемещения лазерного луча маркировочной головки 16 в десятки раз выше, чем плазменной головки 14 при резке, то операция маркировки может осуществляться непосредственно в ходе резки металла. Причем маркировка осуществляется как на уже выкроенных деталях, так и на еще не отрезанных деталях, поскольку программа раскроя листа позволяет с высокой точностью определить место маркировки будущей детали.
После раскройно-маркировочных операций управляемые фиксаторы 23 опускают тележку 6 на направляющие 22 и перемещают ее на участок 4 сортировки и хранения готовой продукции. Сортировка может осуществляться непосредственно с тележки 6, либо с решетки 21, которую предварительно снимают с транспортной тележки 6. В этом случае на транспортную тележку 6 устанавливают другую решетку 21, и она может использоваться для перемещения следующих листовых заготовок 24.