Stamping Machine: การ set-up เครื่อง press

0

The process of setting up the stamping machine can be a daunting task where precision and skill is required. There are huge amounts of things that can go wrong and when things go wrong the result is either a production down-time and damaged good output or typically both.

An Example of a GM press shop.


Increasing the efficiency and reducing errors for the metal stamping process

As you can see the process is complex and for GM plant highly automated. You would not typically this much amount of automation. The human task are replaced by the robot in the above video but 80% of the typical press show still have quite a bit of manual labor to do.

In this series we will discuss about stamping process and the new technology that will help with the general production in this particular part of metal working area. I have divided the article into two parts as follow:

  • Setting up the press: This is where the die is loaded into the stamping machine, the parameters for the production are inputted and series of checks are performed prior to production.
  • Reducing error in the press production process: Here I will introduce the technologies that are use to reduce the error in the stamping process. They are divided into three area; the first being the feed in process where the metal sheets or strips are loaded into the machine. The second area especially for the progressive press are the in-die sensing area where the materials get stamp by the same die more than one time. The third being the feed-out process where the materials are removed from the die.
Please note: in this article I use the term Press machine and Stamping machine interchangeably, they are the same thing.

 

For this article I will first outline the stamping process in general. Explain a typical routine that an engineer have to go through to setup the press machine. Lastly I will talk about the requirements for connecting sensors to the die for in-die sensing application. I would like to start by outlining the types of stamping machine.

Types of Presses

เครื่องกดปั๊มขึ้นรูปแบบชิ้นงานเคลื่อนที่ (Transfer Press):

automatic-press-line-transfer-system-68673-4846603

เครื่องกดปั๊มขึ้นรูปแบบชิ้นงานเคลื่อนที่ มีการทำงานโดยใช้การเคลื่อนที่ขึ้นลงในแนวดิ่งและแนวระนาบด้วยความรวดเร็วของเซอร์โว มอเตอร์ (Servo motors) ตามโปรแกรมที่ตั้งไว้ โดยปราศจากการสูญเสียพลังงาน และเมื่อใช้ร่วมกับเครื่องป้อนชิ้นงานแบบเซอร์โว ส่งผลให้เครื่องจักรสามารถทำงานด้วยความเร็วสูง ทำให้ได้ชิ้นงานที่มีประสิทธิภาพ คุณภาพและมีความน่าเชื่อถือสูง โดยมีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานและการบำรุงรักษาต่ำ

ระบบการกดปั๊มขึ้นรูปชิ้นงานแบบเคลื่อนที่ได้ถูกออกแบบสำหรับใช้ในงานที่มีการเคลื่อนชิ้นงานเข้าสู่กระบวนการกดปั๊มขึ้นรูปทีละขั้นตอน โดยสามารถใช้ได้ทั้งกับอุปกรณ์รางจับยึด (Gripper rail) หรืออุปกรณ์ดูดแบบสูญญากาศ (Vacuum transfer devices) ทั้งนี้ อาจมีข้อจำกัดบางประการในเรื่องของแม่พิมพ์ ดังนั้น บริษัทควรจะมีเครื่องจักรที่หลากหลายเพื่อให้เหมาะสมกับแต่ละเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน

เครื่องกดแบบเรียงตามกัน (Tandem Press Line):

Haridwar-Press-Shop

เครื่องกดแบบเรียงตามกันด้วยแรงงานคนโดยทั่วไปจะให้ความแม่นยำสูงและมีความยืดหยุ่นในการผลิตชิ้นส่วนปั๊มขึ้นรูปได้ดี และเพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตนั้น บริษัทจำเป็นที่ต้องมีการติดตั้งหุ่นยนต์หรือกลไกการเคลื่อนย้ายในแนวตรงเพื่อป้อนชิ้นโลหะแผ่นที่ตัดแล้ว เคลื่อนย้ายชิ้นงานระหว่างเครื่องกด และยกชิ้นงานออกเมื่อสิ้นสุดกระบวนการ ทั้งนี้ บริษัทมีเครื่องกดแบบเรียงตามกัน ทั้งแบบใช้แรงงานคน และแบบอัตโนมัติ เพื่อรักษาความสมดุลระหว่างความยืดหยุ่นและผลผลิต

เครื่องกดแบบตามลำดับ (Progressive Press):

NakamuraFeederSide

การปั๊มแบบตามลำดับนี้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กและขนาดกลาง และสามารถผลิตชิ้นงานที่มีความซับซ้อนได้ในการปั๊มเพียงหนึ่งครั้งด้วยปริมาณการผลิตที่สูง โดยระบบจะป้อนแผ่นโลหะจากม้วนเหล็กผ่านทุกสถานีของแม่พิมพ์แบบลำดับ ในแต่ละสถานีจะประกอบด้วยหนึ่งกรรมวิธีหรือมากกว่าจนได้เป็นชิ้นงานสำเร็จ ในสถานีสุดท้ายจะเป็นการตัดแยกชิ้นงานสำเร็จออกจากแถบโลหะ และได้ชิ้นงานสำเร็จรูปจากแต่ละจังหวะของการกดของแม่พิมพ์แต่ละครั้ง

Setting up the die for the stamping process

When you start to setup the stamping process the die is moved into the press machine. I have below a picture example of the die.

Stamping Die

Stamping Die Identification

After you loaded the die onto the press (either with a crane or a fork lift) you would typically need to check that the die is actually the correct die that you are going to use. Historically this was done by physically marking the die. However the amount of information that you will be able to put on the die with physical marking are very limited.

Barcode vs RFID

Barcode can be for die identification but have certain amount of limitation. I have listed them below:

  • The amount of data that you can store on the barcode are small, especially for 1D barcode and is still somewhat limited event for 2D barcode.
  • Barcode are also not re-writable, production parameters that one typically would want to record during or after the production process cannot be stored on the die itself.
  • Barcode reading require a direct line of sight.
  • Barcode maybe subjected to wear and tear and when it happen data are lost.

With the new RFID technology, they are the preferred choice for die identification and are readily being use. The reasons are as follow:

  • RFID are re-writable. Parameters such as the number of strokes and the amount of error for each production can be recorded for production and maintenance analysis. This offers a huge amount of benefits.
  • RFID does not require a direct line of sight
  • RFID Can store a significant amount of data

Setting up stamping parameters

Once the die has been placed into the stamping machine typical parameter such as the shutter high and hydraulic pressure have to be set correctly so that the machine is ready to run.

Challenges of the controller for retrofitting the stamping machine

The press controller is use to control the die stroke. There are several generation of these controllers. The bad news is that for the older controllers it is very difficult to retrofit the machine to automate the setting up of the stamping parameters. This is because the input from the additional sensors that we need cannot be easily added to the controller. You can hard wire the additional I/O into the machine however some of them do not accept additional I/O altogether.

Example of the older controllers:

2015-07-22_17-22-26

Example of the new generation controller with communication.

2015-07-22_17-33-07 2015-07-22_17-32-43

Setting up shutter height

Shutter height is the up and down stroke for the press machine. For each die change the shutter high of the stamping machine has to be reset to match the die. There are several ways of setting this.

Method of setting up press shutter height:

  • Manually with alignment aid
  • Absolute encoder: Absolute encoder is a type of sensor that can output the relative position or the amount of rotational movement. This intern can be use for distance measurement by converting the rotational movement into linear distance. This is a hugely complicated and expensive piece of equipment since the absolute encoder is a high end type of sensor and command a premium price.
  • Linear transducer (best): This is a magnet on a detector that move linearly outputting accurate distance. Example are shown below. Noting the non-contact give a long life operation as well.

2015-07-22_18-14-23

Setting up hydraulic pressure.

The old method is to climb on to a platform where the pressure gauge is and look at the display while shouting down to another operator. A pressure transducer

Pressure gauge

2015-07-22_18-14-432015-07-22_18-15-13

Inputting Parameters into the controller

By using sensors to detect things such as shutter height and hydraulic pressure and sending the data to the controller. The controller can then be used to set the actuator such as motor or pump in a feedback loop to automate the process of setting up the press machine.

Once a manual process that may take 15-30 minutes to setup can be done in a matter of a few minutes. With identification technology such as RFID, changing die can become almost an automated process. This allow for flexible manufacturing line to become a viable reality.

Imagine if your manufacturing line can produce 10 types of products. Here is what the experience might be like.

  • Every time you want to produce a new product you input the name of the product that you want to manufacture.
  • A die can be brought in and loaded onto the machine
  • RFID technology can confirm that the die is the correct one and read the die setup parameters from the die.
  • The information from the RFID are then use to setup everything automatically. Things such as the shutter height, hydraulic pressure do not have to be check or set by human.
  • Your required production schedule and desire number of products can be specified.
  • You start production. The whole process of switching a product to manufacture can be done in 5 minutes.
  • Any errors that are detected during the manufacturing processes are notified via HMI to the control room. NOTE: this require additional sensors. I will cover this in the next article about ‘Reducing error in the press manufacturing process’.
  • At the end of the production all the manufacturing data are recorded onto the die and to the HMI for further analysis and die maintenance schedule can be made.

Doesn’t this sound great to you?

See the video below for an example of using an HMI to setup the press machine.

In this article I have explain and give example of the technologies that can be use to automate the process of setting up the stamping machine. Each specific requirement for a particular manufacturing line is unique but the principle idea is the same. I hope that I was able to give you some idea and outline some interesting technology that can be made. In the next article I will discuss about ‘Reducing error in the press manufacturing process’.

If you have any comments or questions please use the commenting system at the bottom of the article. I will do my best to answer them the best as I can.