Präzision in Bewegung: Fortschritte bei chinesischen Walzenbiegemaschinen

Überblick

Der Teller Rollenbiegemaschine ist eines der acht Hauptprodukte des Schmiedemaschinenbaus und fällt in die Kategorie der Biegekorrekturmaschinen.

Der Rollenbiegemaschine ist ein Metallformungsgerät, das das Dreipunktkreisprinzip zur Formung von Metallblechen verwendet. Die Bewegung und Drehung der Arbeitswalze, deren Achsen parallel zueinander verlaufen, führt zu einer kontinuierlichen elastoplastischen Biegung des Blechs, wodurch ein Werkstück mit vorgegebener Form und Präzision entsteht.

Die Arbeitswalze dient als Hauptarbeitskomponente und wandelt mechanische und hydraulische Energie in kinetische Energie um, um ihre Positionsänderung und Drehung zu erleichtern. Dies erleichtert das Biegen und Rollen von Blechen in ein- oder mehrkrümmte gekrümmte oder zylindrische Teile im kalten, mittleren oder heißen Zustand.

Durch Anpassen der Form der Walze oder Hinzufügen einer Kegelwickelvorrichtung kann der Materialfluss eingeschränkt und die Bewegungsgeschwindigkeit verschiedener Teile im selben Werkstück verändert werden. Dies ermöglicht die Erstellung von Bogen- oder Zylinderteilen mit ein- oder mehrkrümmten Formen wie Ellipsen, Quadraten und asymmetrischen Formen.

Mit zwei Methoden, Pressbiegen und Biegen, kann Blech in einfache oder bogenförmige Formen mit einfacher oder mehrfacher Krümmung gebogen werden. Pressbiegen wird auf einer hydraulischen Presse oder Abkantpresse mit Hilfe einer Matrize durchgeführt und beruht hauptsächlich auf Querbiegen in plastischer Richtung. Der Biegeprozess ist ein punktweiser oder abschnittsweiser diskontinuierlicher Prozess.

Gegenüber dem Pressbiegen bietet das Rollbiegen folgende Vorteile:

Beim Biegevorgang handelt es sich um ein kontinuierliches elastisch-plastisches Biegen mit geringer Rückfederung und definierter Zugkraft. Das Ergebnis sind präzise Formgebung, hochwertige Biegungen und eine hohe Arbeitseffizienz.
Durch den Wegfall der Matrizenformung werden die Betriebskosten gesenkt.
Beim Rollbiegen ist im Vergleich zum Pressbiegen eine geringere Biegekraft erforderlich und die Kosten einer Rollbiegemaschine sind geringer als die einer hydraulischen Presse.
Mit entsprechenden Zusatzeinrichtungen ist das Rollbiegen auch zur Herstellung konischer Teile sowie zum Biegen von Rohren und Profilen geeignet.
Aus diesem Grund wird die Blechrundbiegemaschine in zahlreichen Branchen eingesetzt, beispielsweise im Kesselbau, im Schiffsbau, in der Erdöl- und Chemieindustrie, im Hydraulik- und Metallbau.

In China hat sich die Entwicklung von Walzenbiegemaschinen von mechanisch über hydraulisch bis hin zur CNC-Technologie weiterentwickelt. Die Hydraulik- und automatische Steuerungstechnologie von Walzenbiegemaschinen hat sich in den letzten Jahren erheblich verbessert.

In den 1990er Jahren entwickelten sich numerisch gesteuerte Blechbiegemaschinen in China rasant und wurden kontinuierlich verbessert, sodass sie immer ausgereifter wurden. Der Übergang von der Einzelmaschinenautomatisierung zur flexiblen Fertigungszelle ist ebenfalls abgeschlossen.

Effiziente, präzise Massenproduktion ist für die moderne Industriegesellschaft unverzichtbar. Die Entwicklung hocheffizienter, hochpräziser, sicherer, umweltfreundlicher, automatisierter, flexibler und intelligenter Biegekorrekturgeräte ist entscheidend, um das Niveau der chinesischen Geräteherstellungsindustrie zu verbessern, den Anforderungen des Wettbewerbs der Unternehmen gerecht zu werden und den wirtschaftlichen Nutzen zu steigern.

Die grundlegende Situation von Walzenbiegemaschinen in China

2.1 Wichtige Rolle der Walzenbiegemaschine in der Geräteherstellungsindustrie

Die Nachfrage nach Blechbiegemaschinen steigt aufgrund der Entwicklung verschiedener Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Militärwaffen, Automobile, Lokomotiven und Schienenfahrzeuge, Instrumente und Messgeräte, Schiffbau, chemische Industrie, Druckbehälter, Metallurgie, Maschinenbau und Metallkomponenten. Auch die Anforderungen an die Präzision der Walzbleche steigen.

Aufgrund des rasanten Wachstums der Fertigungsindustrie stellt die chinesische Schiffbauindustrie höhere Anforderungen an die Funktionalität, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Automatisierung herkömmlicher und maritimer Biegemaschinen mit Wickelverbundfunktionen.

Die Elektrizitätsindustrie, zu der Kohlekraft, Wasserkraft, Kernkraft und die durch die nationale Politik für saubere Energie geförderte Windkraft zählen, benötigt große Mengen an Biegemaschinen für Rohrleitungen und Stützentürme.

Der Trend zu großen und hochfesten Druckbehältern wird in Branchen wie Offshore-Öl, Erdgas, Petrochemie und Kohlechemie immer deutlicher. Große Blechwalzmaschinen, die dicke und hochfeste Bleche formen können, sind für die Herstellung von tausend Tonnen Hydrierungsreaktoren, zweitausend Tonnen Kohleverflüssigungsreaktoren und 10.000 Kubikmeter fassenden Erdgas-Kugeltanks von entscheidender Bedeutung.

In Zukunft werden die Anforderungen an Energieeffizienz, Materialeinsparung und reduzierten Zuschnitt immer strenger. Der Einsatz von Blechbiegemaschinen als Prozessausrüstung wird die Effizienz schätzungsweise um das 10- bis 40-fache steigern und mehr als 601 TP3T Material einsparen.

Daten zeigen, dass 701 t/3 des produzierten Stahls verformt werden müssen und 2/3 des Stahls in der Metallumformungsindustrie verarbeitet werden müssen. Für jede 10.000 Tonnen Platten-, Rohr- und Profilverarbeitung werden ein Rohrbieger, eine Rollbiegemaschine und eine Profilrollbiegemaschine benötigt.

2.2 Aktuelle Situation der Blechwalzenbiegemaschine

In den letzten Jahren ist die Rollbiegemaschinenindustrie in China stark gewachsen und ihre Fertigungskapazitäten haben sich verbessert. Dies hatte erhebliche Auswirkungen auf die Verbesserung des Niveaus der Geräteherstellung und die Förderung des Industrialisierungsprozesses in China.

1) Haupttypen und Merkmale der Blechwalzenbiegemaschine

Blechbiegemaschinen können anhand unterschiedlicher Faktoren in mehrere Kategorien eingeteilt werden:

Anzahl der Arbeitswalzen: Zweiwalzen, Dreiwalzen, Vierwalzen oder Mehrwalzen
Walzenanordnung: symmetrisch oder asymmetrisch
Rollenachsenposition: horizontal oder vertikal
Walzeneinstellmodus: Aufwärts- oder Abwärtseinstellung
Hauptantriebsart: mechanisch oder hydraulisch
Walzenantriebsmodus: Oberantrieb, Unterantrieb oder Vollantrieb
Lagerkörpertyp: offen oder geschlossen (Marine)
Funktion: allgemein oder Mehrzweck
Walzverfahren: Kaltwalzen, Warmwalzen oder Warmwalzen
Steuerungsmodus: Starkstromsteuerung, NC-Steuerung oder CNC-Steuerung
Tabelle 1 zeigt die wichtigsten Typen von Blechbiegemaschinen basierend auf der Anzahl der Arbeitswalzen, der Walzenanordnung, den Methoden zur Positionseinstellung usw. Zu den gängigen Typen von Dreiwalzenbiegemaschinen gehören:

Symmetrischer Typ
Abwärtskurventyp
Horizontal nach unten gerichteter Typ
Oberwalze Kreuztyp (Oberwalze Universaltyp)
Zu den anderen gängigen Arten von Blechbiegemaschinen gehören:

Vierwalzen-Biegemaschine (üblicher Typ)
Zwei-Walzen-Biegemaschine
Vertikale Dreiwalzenbiegemaschine
Schiffsbiegemaschine

2) Entwicklungsgeschichte und aktuelle Situation der Plattenbiegemaschine

Die spezialisierte Produktion von Blechbiegemaschinen in China begann Anfang der 1970er Jahre mit der Entwicklung einer symmetrischen Dreiwalzen-Biegemaschine mit mechanischem Antrieb. Obwohl sie eine einfache Struktur hatte, konnte sie die Blechenden nicht vorbiegen, was zu geringer Produktionseffizienz und erhöhten Arbeits- und Materialkosten führte.

In den späten 1970er Jahren entwickelte Changzhi Iron and Steel (Group) Forging Machinery erfolgreich eine Vierwalzen-Blechbiegemaschine mit mechanischem Getriebe, die beide Blechenden vorbiegen konnte. Diese Maschine hatte jedoch eine große Struktur, einen hohen Materialverbrauch und einen langen Herstellungszyklus.

Mitte der 1980er Jahre führte das Werk die vollhydraulische Vierwalzenbiegemaschine und die Dreiwalzenbiegemaschine mit hydraulischer Niveauregulierung ein. Diese Maschinen bogen das Blech nicht nur vor, sondern führten nach dem Schweißen auch die Zylinderformung durch, was zu einer zwei- bis dreimal höheren Arbeitseffizienz im Vergleich zum ursprünglichen Modell führte.

Ende der 1980er Jahre kamen PC- und NC-gesteuerte Drei- oder Vierwalzenbiegemaschinen auf den chinesischen Markt. Diese Maschinen verfügten über die Funktionen der automatischen Nivellierung der Arbeitswalze und des synchronen Anhebens der Arbeitswalze in geneigtem Zustand, wobei die synchrone Präzision zwischen den Arbeitswalzen auf ±0,2 mm geregelt wurde.

Anfang der 1990er Jahre entwickelte Changzhi Forging die Dreiwalzen-Blechbiegemaschine mit Bogenabwärtsbewegung und die Vierwalzen-Blechbiegemaschine mit Bogenabwärtsbewegung. Diese Maschinen konnten das Blech in einem Lade- und Entladevorgang vorbiegen und walzen und verfügten über eine angemessene Biegekraft, ein geringes Gewicht und eine kompakte Bauweise. Die Vierwalzen-Blechbiegemaschine mit Bogenbewegung eignete sich besonders zum Walzen von Zylindern mit kleinem Durchmesser, wobei der Mindestzylinderdurchmesser das 1,1- bis 1,2-fache des oberen Walzendurchmessers betrug.

Mitte der 1990er Jahre übernahm Changzhi Forging die Viermotoren-Hauptantriebstechnologie und wendete sie auf die horizontale Abwärts-Regelstruktur für große Dreiwalzen-Biegemaschinen an. Die erste große horizontale Dreiwalzen-Biegemaschine CDW11XNC -140×4000 wurde für das Drei-Schluchten-Projekt entwickelt, und 2002 produzierte das Werk die horizontale Dreiwalzen-Biegemaschine CDW11XNC -160/250×4000 für die Nanjing Chemical Machinery Factory.

Derzeit ist China in der Lage, die größte horizontale Dreiwalzen-Blechbiegemaschine mit Abwärtsregelung herzustellen. Diese Maschine kann Kaltbleche mit einer Dicke von bis zu 250 mm und Warmbleche mit einer Dicke von bis zu 400 mm walzen. Die maximale Breite der zu verarbeitenden Platte beträgt 3000 mm bis 4500 mm, und der obere und untere Walzendruck kann 40000 kN bis 60000 kN erreichen.

Die wichtigsten inländischen Hersteller großer horizontaler Dreiwalzenbiegemaschinen sind Changzhi Forging, Hubei Ezhong und Tai'an Hualu. Abbildung 2 zeigt die horizontale Dreiwalzenbiegemaschine CDW11XNC -40×8000.

Abb. 2 CDW11XNC -40×8000 Horizontale Abwärtsbiegemaschine mit drei Walzen
Abb. 2 CDW11XCNC-40×8000 Horizontale Abwärtsbiegemaschine mit drei Walzen

Die Maschine kann Platten mit einer maximalen Dicke von 40 mm, einer maximalen Breite von 8000 mm, einer Streckgrenze von 240 MPa und einem minimalen Rollendurchmesser bei voller Beladung von ø2500 mm bzw. ø900 mm walzen.

Die Maschine gleicht die Durchbiegung der oberen Walze durch den Einsatz eines Keilmechanismus aus, der von einem Motor, einem Reduzierstück und einer Schraube angetrieben wird und die Durchbiegung der unteren Walze anpasst.

Das NC-System kann auf Grundlage von Parametern wie Plattendicke, Breite, Trommeldurchmesser, Streckgrenze usw. automatisch Programme berechnen und generieren und ermöglicht so eine automatische Steuerung.

Um das Walzen besonders langer, dünner Platten (mit kleinem Dicke-Breite-Verhältnis) zu ermöglichen, hat Changzhi Forging eine neue Art symmetrischer bzw. horizontaler Abwärtsbiegemaschine mit drei Walzen entwickelt, die über eine Stützwalze und einen Querträger an der oberen Walze verfügt (siehe Abb. 3).

Abb. 3 CDW11XNC-8×9500 Horizontale Abwärtsbiegemaschine mit drei Walzen
Abb. 3 CDW11XCNC-8×9500 Horizontale Abwärtsbiegemaschine mit drei Walzen

Die Maschine wird hauptsächlich von drei Walzen mit einem kippbaren Lagerkörper angetrieben und kann geschlossene zylindrische Teile walzen. Sie verfügt außerdem über eine Computersteuerung und eignet sich daher besonders zum Walzen dünnwandiger, langer zylindrischer Teile mit mehreren Krümmungen.

Die Dreiwalzenbiegemaschine mit einer Kreuz-Oberwalze (Universal-Oberwalze) wurde erstmals Anfang der 1980er Jahre erfolgreich von der First Heavy Machinery Factory hergestellt. Ende der 1980er Jahre begannen Unternehmen wie Nantong Hengli Heavy Industry mit der professionellen Produktion.

Zum Walzen und Vorbiegen der Bleche muss bei der Maschine nur die obere Walze eingestellt werden. Die untere Walze ist feststehend, was die Handhabung beim Walzen von Material und Blechen erleichtert. Die große Maschinenstruktur kann jedoch eine Herausforderung darstellen, weshalb sie sich besser zum Walzen von Blechen mit einer Dicke von weniger als 80 mm bis 100 mm eignet.

Die Schiffsbiegemaschine wurde zuerst von der First Heavy Machinery Factory und Changzhi Forging hergestellt. Ursprünglich hatte sie eine symmetrische Struktur mit Spezifikationen wie W11TNC-20×8000 und W11TNC-25×9000. Als Chinas Schiffbauproduktion schnell wuchs und die Schiffbauindustrie von schwach zu stark wurde, entwickelte sich die Schiffsbiegemaschine zusätzlich zu ihrer symmetrischen Struktur zu einem horizontalen Abwärtstyp.

Diese Maschine kann gekrümmte und konische Werkstücke walzen und vorbiegen und kann mithilfe eines Biegewerkzeugs Stahlplatten biegen. Sie fungiert sowohl als Walz- als auch als Biegemaschine. Die Durchbiegungskompensationstechnologie für die oberen und unteren Arbeitswalzen, die bidirektionale, unabhängige Antriebstechnologie der Arbeitswalze und die numerische Steuerungstechnologie für Biege- und Biegeprozessparameter haben ein Weltklasseniveau erreicht.

Derzeit beträgt der maximale Abwärtsdruck der oberen Walze der inländischen Schiffsblechbiegemaschine 22000 kN. Die Breite der gewalzten oder gebogenen Bleche kann über 21000 mm betragen und erfüllt damit die Anforderungen der Schiffbauindustrie.

Die folgende Abbildung zeigt die Changzhi Forging CDW11TNC-32×13500 Marine-Dreiwalzenbiegemaschine und die CDW11TXNC-22000kN×16000 mm Marine-Horizontal-Dreiwalzenbiegemaschine. Zu den wichtigsten inländischen Herstellern von Marine-Biegemaschinen zählen Changzhi Forging, Tai'an Hualu und Nantong Hengli.

Hauptantriebssystem 2. Rahmen 3. Hauptölzylinder 4. Oberbalken
Obere Arbeitswalze 6. Obere Stützwalze 7. Untere Arbeitswalze 8. Untere Stützwalze
Horizontale Bewegungsvorrichtung für die untere Rolle 10. Unterer Querträger 11. Verbindungsträger
Die Vertikalwalze ist eine Drei- oder Vierwalzen-Walzenbiegemaschine, deren Achse senkrecht zur horizontalen Ebene steht. Der am häufigsten verwendete Typ ist die vertikale symmetrische Dreiwalzen-Biegemaschine.

Changzhi Iron and Steel (Group) Forging hat Geräte wie CDW11TNC-36×1000 und 12×2000 für verschiedene Industrien hergestellt, darunter die Erdöl- und Chemieindustrie.

Die First Heavy Machine Factory führte Technologie der britischen Hugh Smith Company ein und entwarf und produzierte eine Reihe von vertikalen Biegemaschinen mit einer einzigen Hauptwalze. Sie haben eine vertikale Biegemaschine mit 30000 kN x 3600 mm hergestellt.

Im Vergleich zu Horizontalbiegemaschinen haben Vertikalbiegemaschinen den Vorteil, dass sie leichter sind, weniger Stellfläche beanspruchen und weniger Energieverbrauch haben, was insbesondere beim Warmwalzen zu einer geringeren Arbeitsintensität führt.

Die Zweiwalzenbiegemaschine besitzt als Oberwalze eine starre Stahlwalze und als Unterwalze eine elastische Walze mit einem mit elastischem Mantel umwickelten Stahlwalzenkern.

Rotationsformen unter Verwendung elastischer Medien (RSEM) ist eine fortschrittliche Methode zum Biegen von Blechteilen mit einem elastischen Medium.

Derzeit verfügen Unternehmen wie Changzhi Forging und andere über die Technologie zur Entwicklung und Herstellung dieser Produkte, und auch die Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Universität für Luft- und Raumfahrt Nanjing hat eine solche Technologie entwickelt.

Abbildung 6 zeigt die von Changzhi Forging hergestellte Zweiwalzenbiegemaschine. Die obere Walze ist eine elastische Walze aus einem Stahlwalzenkern mit elastischer Beschichtung, während die untere Walze eine starre Stahlwalze ist. Die Maschine verfügt über eine Bodenentladungsstruktur.

Abb. 6 Prinzipskizze einer Zweiwalzen-Blechbiegemaschine
Abb. 6 Prinzipskizze einer Zweiwalzen-Blechbiegemaschine

Die Zweiwalzenbiegemaschine wurde von Kauffman aus den USA erfunden. Seitdem haben auch Länder wie Großbritannien, Japan, Frankreich, Italien und Russland die Technologie gemeistert und hochautomatisierte CNC-Werkzeugmaschinen hergestellt. Diese Maschinen werden zur Herstellung verschiedener dünnwandiger Teile in Branchen wie der Luftfahrt, der Chemie und der zivilen Produktion verwendet. Zu den Teilen gehören zylindrische und konische Schalen, Rohrabschnitte, speziell geformte dünnwandige Teile, dünnwandige Teile mit verschiedenen Einheiten und versteifte oder gewellte Plattenabschnitte).

Im Vergleich zu Drei- und Vierwalzenbiegetechnologien weist das RESM-Verfahren mehrere bemerkenswerte Merkmale und Vorteile auf:

Hohe Präzision bei der Formung von Teilen: Das RESM-Verfahren führt nach dem Biegen zu einer hohen Genauigkeit bei Krümmung und Kantenparallelität, wobei die gerade Kante kleiner als die Plattendicke bleibt. Dadurch eignet es sich ideal für die Formung von porösen Blechen und gerippten Platten mit Schutzschichten.
Hohe Biegekrümmung und Streckgrenze: Beim Rollbiegeverfahren wird eine allmähliche Verformung unter geringem Druck vorgenommen, wodurch das Risiko von Faltenbildung und Rissbildung während der Verformung verringert wird. Aufgrund der geringen zum Formen erforderlichen Kraft eignet sich das Verfahren auch für schwer zu verformende Materialien wie Titanlegierungen, Edelstahl und Verbundwerkstoffe.
Hohe Produktionseffizienz: Der RESM-Prozess ist bequem zu bedienen und verfügt über eine hohe Arbeitswalzengeschwindigkeit, was zu einer verbesserten Arbeitsproduktivität führt.
Gute Oberflächenqualität: Der Einsatz eines elastischen Mediums schützt die Oberfläche vor dem Verkratzen beim Biegen und Verformen und erhält so die Qualität der Oberfläche, insbesondere bei Blechen mit Schutzschichten und polierten Oberflächen.
Allerdings sind auch einige Nachteile zu bedenken:

Eingeschränkte Vielseitigkeit: Da für Zylinder mit unterschiedlichen Krümmungen Liner auf der oberen Walze verwendet werden müssen, ist RESM für Produkte mit vielen Varianten und kleinen Chargen nicht ideal.
Verarbeitungsdickenbeschränkungen: RESM ist grundsätzlich auf die Verarbeitung von Blechen mit einer Dicke von unter 10 mm beschränkt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die RESM-Technologie ein breites Spektrum potenzieller Anwendungen bietet. Da sich derzeit Chinas Chemieindustrie und Industrien wie Kessel und Druckbehälter weiterentwickeln, wächst die Nachfrage nach Biegemaschinen für dicke und hochfeste Platten mit numerischer Steuerung. Gleichzeitig treibt die Entwicklung der Öltankwagen- und Öltankindustrie den Bedarf an kleinen Biegemaschinen voran, die dünne Platten, superlange Typen, Mehrfachkrümmungen und numerische Steuerung verarbeiten können. Die Zukunft der Biegetechnologie wird auch die Entwicklung flexibler Biegeeinheiten mit CNC-Biegemaschinen als Mittelpunkt mit sich bringen.

3) Automatische Steuerung der Blechwalzmaschine

Die mechanische Biegemaschine verwendet normalerweise eine starke Stromsteuerung, während die hydraulische Plattenbiegemaschine eine NC-Steuerung (Numerical Control) verwendet. Das NC-Steuerungssystem wird hauptsächlich zur statischen und dynamischen Synchronisierung der Positionssteuerung von Ölzylindern an beiden Enden der Arbeitswalze verwendet.

Beim Walzprozess wird die Steuerung in erster Linie vom Bediener auf der Grundlage seiner Erfahrung durchgeführt. Die CNC-gesteuerte Walzmaschine hingegen ermöglicht eine automatische Steuerung und bietet hohe Walzpräzision, Effizienz und einfache Bedienung. Sie eignet sich sowohl für das Walzen von Chargen als auch für das Walzen von Einzelstücken in kleinen Chargen.

Derzeit sind verschiedene Biegemaschinen, wie beispielsweise die Horizontal-Abwärts-Biegemaschine, die Kurven-Abwärts-Biegemaschine, die Dreiwalzen-Biegemaschine mit quer verschiebbarer Oberwalze, die Zweiwalzen-Biegemaschine, die Vierwalzen-Biegemaschine mit normaler und bogenförmiger Ausführung, die Schiffsbiegemaschine usw. mit CNC-Funktionen ausgestattet.

Die Kernkomponente dieser Maschinen ist eine industrielle computergesteuerte SPS, die nicht nur die linken und rechten Ölzylinder der Arbeitswalze dynamisch und statisch synchronisiert, sondern auch automatisch Prozessparameter wie Walzzeiten, Reduktionsbetrag bei jedem Walzendurchgang, horizontale Bewegung der unteren Walze, Blechvorschubgeschwindigkeit, theoretischer Formradius, Belastung jeder Walze und minimale verbleibende gerade Kante während des Vorbiegens berechnet und optimiert. Diese Optimierung basiert unter anderem auf Parametern wie Dicke, Breite, Durchmesser der Trommel und Streckgrenze.

Bei der Dreiwalzen-Biegemaschine sind die oberen und unteren Walzen jedoch versetzt angeordnet, was die Steuerung der Blechvorschubgeschwindigkeit erschwert und somit keine echte numerische Steuerung ermöglicht. Bei der Vierwalzen-Biegemaschine und der Zweiwalzen-Biegemaschine hingegen lässt sich die Blechvorschubgeschwindigkeit präzise steuern, was eine echte CNC-Steuerung ermöglicht.

Changzhi Forging hat erfolgreich eine CNC-Vierwalzenbiegemaschine entwickelt, die diese Lücke im Inland schließt und mit den Produkten moderner Blechbiegemaschinenhersteller weltweit vergleichbar ist.

Die obere Walze einer NC-gesteuerten (Numerical Control) Vierwalzen-Biegemaschine ist die Hauptantriebswalze und wird von einem Gleichstrommotor angetrieben. Die Geschwindigkeits- und Positionsrückmeldung wird über ein geschlossenes System gesteuert, das aus einem Gleichstrom-Drehzahlregler, einem Gleichstrommotor und einem fotoelektrischen Encoder besteht, um eine präzise Steuerung der Blechzufuhr zu gewährleisten.

Die untere Walze und die Walzen auf beiden Seiten werden von Hydraulikzylindern für die Auf- und Abbewegung angetrieben. Die SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) vergleicht das Eingangssignal (Ur) mit dem vom Verschiebungssensor erfassten Rückkopplungssignal (Up) und passt das Eingangssignal (△U) entsprechend an. Dieses Eingangssignal wird dann in eine digital/analoge (D/A) Form umgewandelt und zum Antrieb des Hydrauliksystems verwendet, wodurch eine präzise Steuerung der Position der unteren Walze und der beiden Walzen gewährleistet wird.

Das Steuerungssystem der CNC-Vierwalzenbiegemaschine besteht aus der folgenden Hardware: einem digitalen Gleichstrom-Geschwindigkeitsregler der Eurotherm 590-Serie, einer Omron C200HX-SPS, einer Mensch-Maschine-Schnittstelle mit Touchscreen Mitsubishi A970GOT, einem hochpräzisen Verschiebungssensor und einem Anzeigebildschirm, der über eine RS232-Standardkommunikation mit der C200HX-CPU verbunden ist.

Basierend auf Parametern wie Dicke, Breite, Durchmesser, Streckgrenze und Rückfederungskorrekturkoeffizient kann die numerisch gesteuerte Vierwalzenbiegemaschine Prozessparameter automatisch berechnen und optimieren, darunter Walzzeiten, Verschiebung der Unterwalze und der Seitenwalze, Vorschubgeschwindigkeit des Blechs, theoretischer Formradius, Belastung jeder Walze, Neigung der Oberwalze und minimale verbleibende gerade Kante während des Vorbiegens. Die Maschine ermöglicht auch eine automatische Steuerung.

Die genaue Steuerung der Blechvorschubgeschwindigkeit und der Position der Seitenwalze und der unteren Walze ermöglicht echtes CNC-Walzen. Die Maschine kann 100 Programme speichern und verfügt über die Möglichkeit, Programme zu bearbeiten und aufzurufen, sowie über Funktionen wie Fehlerselbstdiagnose, Alarm, Statusüberwachung und Power-Off-Speicher.

4) Flexible Spulenverarbeitungseinheit

Die Coil Flexible Processing Unit ist normalerweise mit einer numerisch gesteuerten Walzmaschine und verschiedenen anderen Geräten ausgestattet, darunter ein Vorbehandlungssystem für den vorderen Teil der Platte und ein Fertigprodukt-Liefersystem für den hinteren Teil.

Die Steuerung der Einheit erfolgt über ein Steuersystem, das aus einem oder mehreren Computern bestehen kann und so ein automatisiertes Verarbeitungssystem für die Spulenplatte bildet.

Die Integration des Informations- und Materialflusses in das CNC-Biegemaschinensystem ermöglicht eine effiziente und automatisierte Bearbeitung kleiner Chargen.

Dadurch bietet diese Einheit hohe Präzision, Effizienz und Flexibilität und ist somit ein ideales Fertigungssystem.

Beim Walzvorgang entnimmt der Lademanipulator das Plattenmaterial vom Plattenlagertisch und legt es auf den Ladearbeitstisch. Anschließend richtet der Manipulator die Platte aus und schickt sie zur Plattenbiegemaschine.

Während der Walzvorgang fortschreitet, fixiert der Manipulator das Werkstück anhand seiner Form, Dicke und seines Durchmessers. Er greift das Werkstück von innen oder von beiden Seiten und stützt es mit der Krümmung des Werkstücks, bis die gewünschte Form entsteht.

Sobald der Walzvorgang abgeschlossen ist, gibt die Hauptmaschine den Lagerkörper frei und der Entlademanipulator schiebt das Werkstück heraus. Der Entlademanipulator nimmt dann das Werkstück auf und transportiert es zum Fertigprodukttisch. Schließlich kehren die Hauptmaschine und die Manipulatoren in ihre Ausgangspositionen zurück und sind bereit für das nächste zu walzende Werkstück.

Einige Coil Flexible Processing Units können außerdem mit zusätzlichen Funktionen wie Blechzentrierung, Zylinderprüfung und Schweißen ausgestattet sein.

Die Kluft zwischen China und dem Ausland

3.1 Kurze Einführung in ausländische Walzenbiegemaschinen

Zu den führenden Herstellern moderner Walzmaschinen zählen HAEUSLER in der Schweiz, SCHAFER in Deutschland, PROMAU DAVI MG, SER-TOM und BODRINI in Italien, ROUNDO in Schweden, KURI-MOTO in Japan und HUGH SMITH in Großbritannien.

Die bekannteste Vierwalzen-Blechbiegemaschine von HAUSLER in der Schweiz ist ihre maximale Leistung von 78.000 kN, die Blechdicke beträgt 250 mm und die Blechbreite 4.000 mm, wobei lediglich die 1,28-fache Blechdicke als gerade Kante übrig bleibt.

Bei einigen Unternehmen wie etwa dem deutschen Schafer, dem italienischen Davi, dem italienischen MG, dem italienischen FAC-CIN, dem italienischen SERTOM und dem italienischen BODRINI ist die horizontale Abwärtsbiegemaschine mit drei Walzen weit verbreitet und eignet sich ideal zum Walzen von dicken und besonders schweren Platten.

In Japan ist der Oberwalzentyp mit Querbewegung (Oberwalzen-Universaltyp) von KURIMOTO weiter verbreitet, und die großformatigen Schiffsblechwalzmaschinen des britischen Unternehmens HUGH SMITH und des italienischen Unternehmens FACCIN weisen ein hohes technisches Niveau auf.

Weiter verbreitet sind die gebogenen Drei- und Vier-Walzen-Biegemaschinen der italienischen Hersteller PROMAU DAVI und MG, wobei die maximale Dicke der gebogenen Drei-Walzen-Biegemaschine 140 mm erreichen kann.

Die CNC-Bogen-Vierwalzenbiegemaschine von DAVI verfügt über einen vollhydraulischen Antrieb und die Walzen auf beiden Seiten befinden sich in einem Bogenbewegungsmodus. Der Tangentenpunkt zwischen der Seitenwalze und der oberen Walze liegt näher an der Mittellinie der oberen Walze und der kleinste Walzendurchmesser kann das 1,1-fache des Durchmessers der oberen Walze erreichen.

Die verbleibenden geraden Seiten sind kurz und weisen nahezu keinen Reibungswiderstand zwischen den Mechanismen auf. Der hydraulische Planetenantrieb ist direkt mit den Wellenenden der oberen und unteren Walze gekoppelt und sorgt so für eine hohe Übertragungseffizienz und einen geringen Platzbedarf. Die Lager sind wartungsfrei und müssen nicht geschmiert werden. Die Maschine verfügt über eine automatische lineare Geschwindigkeitskompensation, um die Anpassung der Geschwindigkeiten der oberen und unteren Walze während des Walzens sicherzustellen.

CNC-Steuerung ist verfügbar und das Walzen von Werkstücken mit einem oder mehreren Krümmungsradien kann automatisch berechnet und programmiert werden. Das Programm kann geändert und gespeichert werden und eine Netzwerksteuerung ist verfügbar. Es verfügt über eine Echtzeitanzeigefunktion für 3D-Animationen und ist mit REAL AUTO-CAD (CAD/CAM) ausgestattet.

3.2 Die Hauptprobleme und die Kluft zwischen China und dem Ausland

Schätzungen zufolge produziert China weltweit die meisten Biegemaschinen. Allerdings ist die Wettbewerbsfähigkeit des Landes in dieser Branche insgesamt nicht sehr hoch. Die Hauptgründe dafür sind:

Was die Produktzusammensetzung betrifft, sind viele der inländischen Blechbiegemaschinen klein bis mittelgroß und von geringer Qualität. Zwar gibt es einige Hersteller, die große Biegemaschinen mit einer Walzkraft von 40.000 kN und einer Dicke von 160 mm oder mehr herstellen, diese werden jedoch größtenteils importiert. Darüber hinaus sind die technische Wertschöpfung und die CNC-Steuerungsrate inländischer Rollbiegemaschinen gering, während ausländische Produkte den Markt für CNC-gesteuerte Biegemaschinen und flexible Blechbiegeeinheiten dominieren.
Ausländische Unternehmen verfügen über die Fähigkeit, ihren Kunden umfassende Lösungen, komplette Ausrüstung und Technologie anzubieten. So bietet beispielsweise die Firma DAVI eine komplette Formausrüstung für Windkrafttürme an, die die Nachfrage des Inlandsmarktes gut bedient. Derzeit sind in China nur einzelne Biegemaschinen erhältlich.
Die Grundlagenforschung zum Umformungsmechanismus, insbesondere zur Umformung extradicker und hochfester Bleche, die Simulation des Umformungsprozesses und die Erstellung mathematischer Modelle müssen verstärkt werden.
Für die Entwicklung von Blechbiegemaschinen reichen heimische Hydraulikmotoren mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Drehmoment sowie Planetengetriebe mit großem Drehmoment und hoher Geschwindigkeitsübersetzung, die direkt an das Wellenende der Arbeitswalze gekoppelt werden können, nicht aus.
Es besteht immer noch eine erhebliche Lücke in der spezialisierten Entwicklung und Anpassung von CNC-Systemen.
Trotz der Fortschritte bei der Standardisierung von Blechbiegemaschinen in China gibt es immer noch erhebliche Unterschiede hinsichtlich Maschinentypen, Konfigurationen, technischen Parametern und Sicherheit, sodass weitere Standardisierungsbemühungen erforderlich sind.
Bei den meisten inländischen Herstellern von Blechbiegemaschinen handelt es sich um kleine bis mittelgroße Privatunternehmen, denen es an der Fähigkeit zur technologischen Entwicklung und an allgemeiner Wettbewerbsfähigkeit mangelt.

Diskussion über den Entwicklungstrend der Plattenbiegemaschine in China

Die Entwicklung der chinesischen Chemieindustrie sowie das Wachstum der Kessel- und Druckbehälterindustrie haben zu einer erhöhten Nachfrage nach großen horizontalen Dreiwalzenbiegemaschinen geführt. Diese Maschinen werden zunehmend zur Bearbeitung von schweren Platten, extradicken Platten, hochfesten Platten und Verbundplatten eingesetzt. Gleichzeitig wird die Entwicklung großer Vierwalzenbiegemaschinen durch den Bedarf an effizienter und präziser Formgebung, Materialeinsparungen und kurzen geraden Restkanten vorangetrieben.
Das schnelle Wachstum von Branchen wie der Öltanker- und Öltankerindustrie hat eine Nachfrage nach kleinen Blechbiegemaschinen geschaffen, die dünne Bleche, sehr lange Typen und Mehrfachkrümmungen verarbeiten können und über eine numerische Steuerung verfügen.
Der Einsatz von Biegemaschinen als Hauptverarbeitungsgerät ermöglicht eine vollständige Konfigurationsreihe und bietet Kunden eine Gesamtlösung. Auch die Gesamtlösung für die Formung von Windkraftturmtürmen ist eine Überlegung wert.
Im Mittelpunkt der zukünftigen Entwicklung flexibler Blechbiegeeinheiten stehen CNC-gesteuerte Biegemaschinen.

Abschluss

Nach Jahrzehnten des Wachstums hat Chinas Biegemaschinenindustrie einen gut strukturierten Fertigungscluster und eine effiziente Industriekette aufgebaut. Dadurch konnte die Industrie die Bedürfnisse der inländischen Maschinenindustrie besser erfüllen und den Industrialisierungsprozess vorantreiben.

Um Chinas Blechbiegemaschinen-Herstellungsindustrie weiter zu stärken, ist es wichtig, dass die Industrie den nationalen Plan zur Wiederbelebung der Industrie nutzt. Dazu gehört die Beschleunigung der Anpassung der Produktstruktur, die Umgestaltung und Modernisierung von Unternehmen, die Einbeziehung fortschrittlicher Technologien aus dem Ausland, die Verbesserung der Fähigkeit zur unabhängigen Innovation und die Ausweitung der Reichweite der Branche.