Taivutusten käyttöönotto putkirunkorakenteissa

Abstract

Kandidaatin tutkielman aiheena on taivutusten käyttöönotto putkirunkorakenteissa. Putkentaivutusprosessissa putki taivutetaan haluttuun muotoon ja kulmaan ilman, että putki katkeaa tai muodonmuutokset heikentävät sen rakennetta. Työssä käsitellään putkirunkojen valmistusprosessin optimointia massatuotantoa ajatellen. Työn tarkoituksena on vähentää hitsauksia putkirunkorakenteissa taivutusten avulla. Hitsausten minimoinnilla pyritään alentamaan valmistusaikaa sekä vähentämään erillisten työvaiheden määrää. Esimerkkirungon ongelmana on hitsaussaumojen suuri määrä. Haasteena on suunnitella runko siten, että hitsaukset voitaisiin minimoida käyttämällä putkien taivutuksia. Suunnittelu ja mallinnus tehdään Siemens NX -ohjelmistolla, ja taivutuskoneiksi valitaan Nissin 3D vapaataivutuskone ja Dynobend vetotaivutuskone. Työ aloitettiin tutkimalla putken taivutukseen vaikuttavia tekijöitä, kuten putken koko, seinämäpaksuus ja taivutettava materiaali. Teksti pohjautuu teräsputken kylmätaivutukseen. Taivutuskoneiksi valitaan vetotaivutus- sekä vapaataivutuskone. Näiden laitekohtaiset kykenevyydet eroavat toisistaan taivutustoimintaperiaatteen lisäksi myös minimitaivutussäteeltä sekä syöttöputken maksimipituudelta. Esimerkkirunko suunniteltiin uudelleen huomioiden taivutuskoneiden kykenevyydet. Taivutusten toteutuksessa käytettiin LRA dataa (pituus-kierto-taivutuskulma), jotta saumat ja hitsaukset saatiin minimoitua. Teoria otetaan käytäntöön suunnittelemalla kolme erilaista toteutusmenetelmää. Näistä 2 suunnitellaan Nissin laitteistolla ja yksi Dynobend laitteistolla. Tuloksien kannalta kaikissa toteutusmenetelmissä onnistuttiin vähentämään irto-osien määrää ja hitsaustarvetta. Hitsauksen vähentäminen helpotti kokoonpanoa ja lyhensi valmistusaikaa. Tutkimus osoittaa, että putkien taivutuksella voidaan merkittävästi vähentää valmistuksen työvaiheita ja optimoida massatuotantoa. Tulokset myöskin osoittavat, että hitsauksia ei voida täysin poistaa. Erityisesti putkien välisten tukiputkien optimointi on haasteellista. Suunnittelun topologisointi ja laitteiston simulointi olisi seuraava askel tutkielman kannalta. Putkentaivutusprosessi on yleistä teollisuuden aloilla, kuten autoteollisuudessa, lentokoneteollisuudessa.

The topic of the bachelor's thesis is the implementation of bends in 3D frame structures. In the pipe bending process, the pipe is bent into the desired shape and angle without breaking or com promising its structural integrity. The thesis addresses the optimization of the manufacturing pro cess of pipe frames for mass production. The aim of the work is to reduce welding in pipe frame structures by using bends. Minimizing welds aims to lower manufacturing time and reduce the number of separate work stages. The problem with the example frame is the large number of welded seams. The challenge is to design the frame so that welds can be minimized using pipe bends. The design and modeling are done using Siemens NX software, and the bending ma chines chosen are the Nissin 3D free-form bender and the Dynobend draw bender. The work began by studying factors affecting pipe bending, such as pipe size, wall thickness, and the ma terial to be bent. The text focuses on the cold bending of steel pipes. The selected bending ma chines include both draw bending and free-form bending machines. The capabilities of these ma chines differ not only in their bending principles but also in terms of the minimum bending radius and the maximum length of the feed pipe. The example frame was redesigned considering the capabilities of the bending machines. LRA data (length-rotation-angle) was used in the implemen tation of the bends to minimize seams and welds. The theory was put into practice by designing three different implementation methods. Of these, two were designed using Nissin equipment and one with Dynobend equipment. In terms of results, all implementation methods successfully re duced the number of separate parts and the need for welding. Reducing welding facilitated as sembly and shortened manufacturing time. The research shows that pipe bending can signifi cantly reduce manufacturing steps and optimize mass production. The results also indicate that welding cannot be completely eliminated. Optimizing the support pipes between the pipes is par ticularly challenging. Topological optimization and equipment simulation would be the next step in the thesis. The pipe bending process is common in industries such as the automotive and aerospace industries.