Прогрессивный штамповочный пресс: неправильный размер, платите за это навсегда

Что на самом деле делает прогрессивный штамповочный пресс

Когда ты слышишь "прогрессивный штамповочный прессЭто не просто пресс. Это интегрированная система: штамповочный пресс, прецизионная-прогрессивная матрица, линия подачи рулона и блок управления, которые работают синхронно, превращая плоскую металлическую полосу в готовые детали на производственной скорости.

Определение прогрессивного штамповочного пресса

Так что же такое прогрессивная кость и как она связана с прессом, внутри которого она находится? Прогрессивная матрица – это специализированный многостанционный-инструмент, установленный в штамповочном прессе. Металлическая рулонная полоса подается в матрицу и проходит через последовательность станций с каждым ходом пресса. Каждая станция выполняет определенную операцию, будь то вырубка, прошивка, гибка, формовка или чеканка. К тому времени, когда полоса достигает конечной станции, готовая деталь отделяется от несущей ленты и выпадает, готовая к использованию.

Штамповочный пресс с прогрессивной штамповкой — это интегрированная производственная система, объединяющая прецизионный штамповочный пресс, многопозиционную прогрессивную матрицу, серво-подачу рулонов и синхронизированное управление для преобразования плоской металлической полосы в готовые детали за одну непрерывную операцию.

В отличие от обычного штамповочного пресса, который может работать с одиночными-штамповками или составными инструментами, пресс, предназначенный для последовательной штамповки, требует трех вещей, которые отличают его: точная повторяемость движения ползуна, ход за ходом, постоянный контроль высоты закрытия, чтобы каждая станция зацепляла полосу на правильной глубине, и точная синхронизация подачи, чтобы полоса продвигалась на правильный шаг перед каждым ударом. Удалите любой из этих элементов, и допуски сместятся, штампы сломаются или детали выйдут неправильно.

Как пресс, матрица и подача работают вместе

Представьте, что вы наблюдаете за работой системы. Вот как работает штамповочный пресс в прогрессивной настройке:

• Рулон разматывается из разматывателя, проходит через выпрямляющее устройство для удаления комплекта витков и поступает в роликовый питатель с сервоприводом.
• Устройство подачи продвигает полосу на фиксированное расстояние, называемое шагом подачи, точно синхронизированное с циклом хода пресса.
• Направляющие штифты в матрице входят в предварительно-пробитые отверстия в полосе, исправляя любую незначительную ошибку подачи и фиксируя положение полосы до срабатывания рабочих станций.
• Пресс-цилиндр опускается, и каждая станция одновременно выполняет свою работу на разных участках полосы.
• Шток втягивается, подъемники поднимают полосу, освобождая ее от деталей нижней матрицы, а питатель продвигает полосу еще на один шаг для следующего хода.

Каждый компонент зависит от других. Пресс обеспечивает профиль силы и движения. Матрица определяет, что происходит с металлом на каждой станции. Система подачи контролирует точность продвижения. А пакет управления связывает их вместе, отслеживая тоннаж, проверяя положение подачи и мгновенно останавливая пресс, если датчик обнаруживает застревание подачи или застегивание ленты. Прогрессивная штамповка успешна, потому что эти элементы работают как единое целое, а не как отдельные машины, скрепленные вместе болтами.

Эта точка зрения на уровне системы- важна, поскольку определение размера или определение любого отдельного компонента в отдельности приводит к несоответствиям. Матрица, спроектированная без понимания характеристик отклонения пресса, будет изнашиваться неравномерно. Система подачи, выбранная без учета ширины полосы и жесткости материала, приведет к ошибкам позиционирования. Тип рамы пресса, приводной механизм и грузоподъемность напрямую зависят от требований к штампу и материалу, и именно здесь выбор пресса становится интересным.

Сравнение типов прессовых рам и механизмов привода

Рамка, удерживающая ваш прогрессивный кубикопределяет, с каким отклонением вы будете бороться, как быстро вы сможете бежать и как долго прослужат ваши инструменты. Выберите неправильный тип рамы или систему привода, и вы будете преследовать проблемы с допусками на протяжении всего срока службы этого штампа. На рынке прогрессивных штамповочных прессов доминируют две рамные конструкции, а за работу внутри них конкурируют три приводных механизма.

Рама C-против прямых-рамок для бокового жима

Пресс с-рамой (или с промежуточной-рамой) обеспечивает открытый доступ к трем сторонам области штампа, что делает его компактным и экономичным-эффективным для более легких последовательных работ. Обычно вы найдете их в диапазоне от 35 до 250 тонн с меньшими прогрессивными матрицами и меньшим количеством станций. Компромисс? Эта открытая структура «С»отклоняется под углом под нагрузкой, что означает, что салазки могут слегка наклоняться по мере увеличения тоннажа. Для простых прогрессивных инструментов для прошивки и вырубки это вполне осуществимо. Это становится проблемой при формировании жестких-допусков на широкой матрице.

Прямые-боковые прессы устраняют угловое отклонение благодаря вертикальным колоннам, поддерживающим корону с обеих сторон. Геометрия фиксирует траекторию скольжения, сохраняя ее параллельной надрессорной балке независимо от того, где концентрируется нагрузка. Для прогрессивных штамповочных прессов, требующих постоянного качества деталей на 10, 20 или даже 30+ станциях, эта жесткость не-не подлежит обсуждению.

Структурная разница наиболее явно проявляется в том, как каждый кадр справляется с-центральной нагрузкой. Прогрессивные матрицы редко распределяют усилие равномерно. Станции формования работают сильнее, чем станции прошивки, и они часто сгруппированы ближе к задней части матрицы. Прямая-боковая рама с большим расстоянием между соединениями переносит большую часть нагрузки между точками соединения, уменьшая консольные силы, которые пытаются наклонить направляющую.

Если для прогрессивной штамповочной машины требуется длина станины, превышающая 1,5 метра слева-на-право, производители обычно переходят на двух-конструкцию соединения. Как только длина кубика превышает 2 метра вперед-к-заду, практичным выбором становится четырехточечный-пресс. Эти четыре точки подвески распределяют формовочную нагрузку более равномерно и противостоят скручивающим силам, которые создают многопозиционные прогрессивные штампы в рабочей зоне.

Механические, сервоприводные и гидравлические приводные системы

Механизм привода определяет, как ползунок движется во время своего хода, и этот профиль движения напрямую влияет на то, чего ваша прогрессивная матрица может достичь на скорости.

Обычные механические приводыиспользовать электродвигатель, вращающий маховик, который передает энергию через сцепление на коленчатый вал или эксцентриковую систему передач. Ползун совершает фиксированное синусоидальное движение: он ускоряется в середине-хода и замедляется вблизи нижней мертвой точки. Это проверенная, надежная технология для прогрессивной работы. Штамповочная машина с механической системой прямого-привода обеспечивает высочайшую скорость и минимальные потери энергии, а варианты с редуктором обеспечивают больший крутящий момент для более глубоких операций формовки. Высокоскоростные-механические прессы могут достигать 1000 ходов в минуту при работе с небольшим-постепенным шагом.

Стоит отметить специализированный вариант — нажатие с движением звена, в котором используется механизм переключения-связи для изменения кривой скорости скольжения. Вместо симметричного движения стандартного кривошипа пресс с звеньевым движением обеспечивает более медленную скорость приближения к нижней мертвой точке, сохраняя при этом высокую скорость возврата. Это дает больше времени ожидания для формования без ущерба для общей скорости цикла, что делает его популярным для прогрессивных штампов, которые сочетают прошивку с умеренными операциями волочения.

Гидравлические приводыдоставляйте полный тоннаж в любой точке хода, а не только в нижней части. Гидравлические прессы заполняют нишу прогрессивных штампов, включающих станции глубокой-вытяжки, требующие раннего и последовательного приложения усилий в течение длительного рабочего окна. Ограничение? Скорость цикла. Гидравлические системы значительно медленнее, чем механические альтернативы, поэтому они предназначены для прогрессивных применений, где глубина вытяжки превышает требования к скорости.

Почему сервопрессы меняют возможности прогрессивных штампов

Серво-механические прессы представляют собой наиболее значительный шаг вперед в технологии прогрессивных штамповых прессов за последние десятилетия. Они заменяют маховик-муфтой-тормоза в сборе серводвигателями с высоким-крутящим моментом, непосредственно приводящими в движение коленчатый вал. Результат: полностью программируемое движение салазок при каждом ходе.

Что это означает на практике? Рассмотрим прогрессивную матрицу как со станциями деликатной прошивки, так и со станциями агрессивной формовки. На обычном механическом прессе каждая станция видит одну и ту же кривую скорости. Сервопресс позволяет запрограммировать ползун на быстрое движение во время подхода, замедление движения в зоне формования для лучшего потока материала и уменьшения упругости, а затем снова ускорение при обратном ходе.Объем производства может удвоитьсяпри использовании прогрессивных штампов с половинными-профилями движения, которые исключают ненужный ход ползуна.

Сервотехнология также позволяет создавать профили движения, которые раньше были просто невозможны:

• Полудвижениеуменьшает длину хода при мелкой постепенной работе, значительно увеличивая количество оборотов в минуту.
• Свободное движение (чеканка)ударяет по материалу несколько раз в нижней мертвой точке за один цикл, уменьшая или устраняя пружинение без добавления матриц.
• Вибрационное движениеподдерживает глубокую вытяжку внутри прогрессивных штампов, потенциально сокращая количество необходимых формовочных станций.

Динамическая балансировка становится критически важной на высоких скоростях независимо от типа привода. По мере увеличения частоты хода совершающая возвратно-поступательное движение масса ползуна создает вибрацию, которая может повлиять на точность подачи и ускорить износ. Высокоскоростные-штамповочные машины оснащены системами противовеса, механическими или пневматическими, которые компенсируют эти силы инерции и позволяют прессу сохранять точность при повышенном количестве оборотов в минуту.

Выбор между типом рамы и системой привода не делается изолированно. Это напрямую зависит от требований штампа: сколько станций, насколько сложна формовка, какие допуски требуются для готовой детали и какие объемы производства оправдывают инвестиции. Эти требования к штампам, в свою очередь, зависят от штампуемого материала и усилий, которые должна создавать каждая станция.

Основы прогрессивного проектирования штампов, определяющие требования к прессе

Каждое решение, принятое в отношении чертежа конструкции штампа для прогрессивной штамповки, напрямую преобразуется в спецификацию пресса. Больше станций означает более длинную кровать. Станции комплексной формовки означают больший тоннаж. Более плотные пилоты означают более точную систему подачи. Штамповка не существует независимо от печатной машины, которая ее эксплуатирует. Оно диктует, что эта пресса должна предоставлять.

Последовательность расположения станций и порядок работы

Когда инженеры разрабатывают прогрессивную штамповочную матрицу, последовательность операций следует логике, основанной на поведении материала. Обычно сначала прокалывают и надрезают, пока полоса еще плоская и устойчивая. Формирование и гибка происходят позже, после того как окружающий материал будет срезан, чтобы обеспечить растекание металла. Конечная станция отделяет готовую деталь от несущей полосы.

Вот типичная последовательность станций для типичного программного кубика:

1. Пробивка направляющих отверстий и внутренних элементов (прокалывание, насечка)
2. Вырежьте рельефные прорези и очертите секции, чтобы освободить материал для последующего формирования.
3. Выполнение операций гибки, рисования или тиснения.
4. Добавьте чеканку или форму для точности размеров.
5. Отрезаем или отделяем готовую деталь от несущей ленты

Это не произвольно. Прошивка перед формовкой предотвращает деформацию отверстия. Компания Talan Products отмечает, что иногда прошивка должна происходить после формовки, когда требования к допускам к конкретным элементам делают пробивку после формования единственным способом удержания позиции. Пустые станции могут также появляться между сложными операциями, чтобы обеспечить структурную прочность вставок штампов или освободить место для специальных механизмов.

Почему количество радиостанций имеет значение для выбора прессы? Каждая станция увеличивает длину кубика. Для 12-позиционной оснастки с прогрессивной штамповкой необходима опора и станина, которые бы соответствовали занимаемой площади и оставляли бы свободное место. Каждая действующая станция также вносит свой вклад в совокупную тоннажную нагрузку. Больше станций, одновременно работающих в нижней мертвой точке, означает, что пресс должен выдерживать сумму всех этих пиковых сил, не отклоняясь за пределы допустимых пределов.

Расположение полос и конструкция несущей полосы

Расположение полос является основой прогрессивного проектирования штампов. Он определяет ориентацию детали на материале, расстояние между станциями, использование материала и конфигурацию носителя, которая удерживает все вместе во время подачи.

Два ключевых размера определяют полосу: ширина и шаг. Ширина полосы включает в себя заготовку детали, материал-носитель на одном или обоих краях, а также любые перемычки между соседними деталями. Шаг — это расстояние, на которое полоса продвигается за один ход, и он напрямую определяет длину подачи, которую ваш серворольный питатель должен обеспечивать за каждый цикл.

Конструкция несущей полосы варьируется в зависимости от геометрии детали и требований к формованию:

• Краевые носители (одиночные или двусторонние)бегите по одной или обеим сторонам полосы. Двусторонний держатель обеспечивает превосходную стабильность и точность позиционирования, особенно для тонких материалов толщиной менее 0,2 мм. Односторонние-держатели подходят для деталей с изгибом на одном конце.
• Центральные перевозчикипроведите через середину полосы, соединяя детали с обеих сторон. Они хорошо подходят для симметричных гибких деталей и уменьшают количество отходов по сравнению с держателями кромок.
• Растянуть веб-носителивключать гибкие вкладки, которые позволяют отдельным деталям перемещаться вертикально по станциям формовки и волочения, не нарушая при этом соседние последовательности.

A твердый носительподходит для базовой резки и гибки, при этом полоса остается плоской по всей длине. Но когда прогрессивные штампы для штамповки включают глубокую формовку или вытяжку на нескольких станциях, держатель должен изгибаться, не ломаясь и не вытягивая соседние детали с места. Плохо спроектированный держатель может привести к полному выходу инструмента из строя, поэтому инженеры часто проверяют конструкции с помощью программного обеспечения для моделирования или методов ручной-резки воска, прежде чем переходить к инструментальной стали.

Использование материала является постоянной проблемой при планировании расположения полос. Наклон деталей, размещение заготовок или выбор более узких держателей могут повысить коэффициент использования с 65% до 75% или выше. Но каждый полученный процентный пункт необходимо сопоставлять со стабильностью полосы во время подачи и технологичностью полученного штампа.

Размещение пилота для точности позиционирования

Пилоты — это то, что позволяет прогрессивным штампам производить точные детали в течение миллионов циклов. Без них от станции к станции накапливаются незначительные ошибки подачи, а позиционный дрейф разрушает допуски.

Стандартный подход: проделайте направляющие отверстия на первой станции, затем закрепите направляющие штифты, начиная со второй станции. Эти штифты входят в предварительно-просверленные отверстия непосредственно перед тем, как рабочие пуансоны соприкасаются с полосой, исправляя любую остаточную ошибку позиционирования системы подачи. Для более длинных прогрессивных матриц пилоты обычно размещаются через каждые две-три станции, чтобы предотвратить накопление кумулятивной ошибки по длине полосы.

Размещение пилотного отверстия поднимает практический вопрос. Стоит ли использовать собственные отверстия детали в качестве ориентиров или пробивать специальные отверстия в держателе? Использование отверстий в деталях экономит материал, но рискует удлинить элементы, требующие жестких допусков. Специальные направляющие отверстия в зоне для отходов держателя сохраняют целостность детали за счет немного более широкой полосы.

Точность вашего пилота напрямую зависит от требований к системе подачи. Более узкие зазоры-к-отверстию требуют, чтобы система подачи подавала полосу в пределах более узкого позиционного окна при каждом ходе. Если вашим прогрессивным штампам требуется точность позиционирования ниже +/- 0,05 мм на 15 или более станциях, система подачи и пилотная стратегия должны быть спроектированы как согласованная пара, а не указываться отдельно.

Ширина полосы, расстояние между шагами, количество станций и тип держателя — все это напрямую зависит от технических характеристик печатной машины. Более широкая полоса требует более широкого загрузочного отверстия. Более длинный шаг на высокой скорости требует более быстрого ускорения подачи. Большему количеству станций потребуется большая длина кровати. И силы, генерируемые на всех этих станциях, одновременно воздействуя на полосу, определяют, будет ли под этой матрицей находиться 200-тонный или 400-тонный пресс. Эти расчеты сил заслуживают отдельного тщательного анализа.

Как свойства материала влияют на производительность пресса и штампа

Ширина полосы, шаг и количество станций говорят вам, насколько большой должна быть печатная машина. Но материал, проходящий через эту матрицу, говорит вам, с какой силой пресс должен ударять, как быстро он может работать и сколько формовочных станций вам понадобится, прежде чем деталь выйдет правильно. Выберите пресс, основанный только на геометрии штампа, и вы недооцените тоннаж, ускорите износ инструмента или будете производить детали, которые выходят за пределы допуска в тот момент, когда они покидают штамп.

Как прочность на разрыв и толщина влияют на тоннаж

Каждая прогрессивная операция штамповки металла начинается с фундаментального соотношения: силы, необходимой для резки, формирования или волочения металлических чешуек как с толщиной материала, так и с его устойчивостью к деформации. Для вырубки и прошивки формула проста: периметр, умноженный на толщину, умноженный на прочность на сдвиг. Для рисования и формированияпредельная прочность на разрыв заменяет прочность на сдвигпотому что материал находится в растяжении, а не в разрезе.

Рассмотрим, что это означает на практике. Полоса из низкоуглеродистой стали толщиной 1,0 мм с прочностью на сдвиг около 25 тонн/дюйм² требует гораздо меньшего усилия прожига, чем полоса из нержавеющей стали толщиной 1,0 мм с прочностью 40+ тонн/дюйм². Обе машины работают через одну и ту же 12-позиционную прогрессивную компоновку штампа, а версия из нержавеющей стали требует примерно на 60 % большей мощности пресса для одинаковой геометрии. Эта разница суммируется для каждой активной станции, одновременно достигающей нижней мертвой точки.

Толщина усиливает эффект. Удвоение толщины материала с 0,5 мм до 1,0 мм не просто удваивает необходимое усилие. Это удваивает площадь сдвига при операциях резки и увеличивает изгибающий момент при операциях формовки. Высокопрочные-стали толщиной от 1,5 до 3,0 мм могут выдвинуть требования к тоннажу на территории, где только прямые-боковые прессы с достаточным запасом энергии могут выдержать нагрузку без заклинивания в НМТ.

Вот почему прогрессивные штамповочные материалы необходимо указывать на ранних стадиях процесса проектирования. Выбор материала переходит в расчеты тоннажа, которые переходят в выбор пресса, который определяет капитальные вложения во всю производственную ячейку.

Упрочнение на нескольких станциях формовки

Здесь прогрессивная штамповка становится сложнее по сравнению с формовкой на одной-станции. Когда металл пластически деформируется, он становится более твердым и менее пластичным. Это упрочнение, и оно происходит на каждой станции формовки в прогрессивной матрице. Полоса, поступающая на станцию ​​8, не является тем материалом, который поступил на станцию ​​1. Она была проколота, согнута, частично вытянута, и каждая деформация повышала ее предел текучести, одновременно снижая ее остаточную формуемость.

Почему это важно для проектирования прессов и штампов? Каждая последующая станция формования сталкивается с более жестким материалом, для придания формы которого требуется больше усилий. Инженеры должны учитывать это совокупное усиление при расчете тоннажа станций-по-станциям. Недооцените это, и ваши станции окончательной формовки либо расколют материал, либо потребуют большего усилия, чем пресс может обеспечить в этот момент хода.

Различные сплавы по-разному реагируют на повторяющуюся деформацию:

• Низко-углеродистая стальработа-умеренно затвердевает и сохраняет достаточную пластичность при многократной штамповке, что позволяет использовать ее при последовательной штамповке углеродистой стали.
• Нержавеющая сталь (особенно аустенитные марки, такие как 304 и 316)работа-усложняется агрессивно. Его предел текучести может почти удвоиться после значительной холодной обработки, а склонность к истиранию увеличивается по мере затвердевания поверхности, что требует специальных покрытий или стратегии -технологической смазки.
• Медь и латуньработайте-затвердевайте с умеренной скоростью, но начинайте с относительно низкой прочности на разрыв, поэтому они сохраняют форму на большем количестве станций, прежде чем достигнут своего предела.
• Высокопрочные-стали (HSLA, двухфазные-)начинать с ограниченной пластичности и быстро затвердевать, а это означает, что инженеры должны тщательно распределять деформацию по большему количеству станций с меньшими усилиями на удар.

Для сложных сплавов прогрессивные штампы иногда включают в себя функции снятия промежуточного напряжения-или используют поэтапную перетяжку с минимальной деформацией за шаг, чтобы удерживать совокупную деформацию в безопасных пределах. Альтернативой является растрескивание, что означает брак, простои и ремонт штампов.

Поведение пружинящего возврата и компенсация станции

Каждая изогнутая или сформированная деталь стремится вернуться к своей первоначальной плоской форме, когда шток пресса втягивается. Степень упругости резко различается в зависимости от материала и напрямую определяет, как должны быть спроектированы формовочные станции.

Низко-углеродистая сталь слегка пружинит, примерно на 1–3 градуса при обычном повороте. Вы можете компенсировать это, слегка перегнувшись, и деталь расслабится до требуемого уровня. Алюминиевые сплавы пружинят больше, обычно на 3–5 градусов, из-за их более низкого модуля упругости по сравнению с пределом текучести. Хуже всего подходят высоко-стали, углы упругого возврата которых достигают 5–10 градусов и более в зависимости от радиуса изгиба и марки материала.

В прогрессивной матрице компенсация упругого возврата происходит на уровне инструмента. Инженеры проектируют формовочные пуансоны и полости матрицы с рассчитанными углами перегиба, чтобы деталь расслаблялась до заданной геометрии. Подходы, основанные на моделировании-, как описано влучшие практики пружинного возврата от FormingWorld, используйте прогнозное моделирование, чтобы определить точную компенсацию, необходимую до того, как инструментальная сталь будет разрезана. Ошибка приводит к тому, что детали выходят за пределы допуска, и для исправления часто приходится перерезать вставки штампа.

Прогрессивная штамповка алюминия представляет собой уникальную задачу, выходящую за рамки только упругого возврата. Склонность алюминия к истиранию означает, что поверхности штампов необходимо полировать до зеркального блеска, необходимо тщательно контролировать смазку и часто необходимо снижать скорость пресса, чтобы предотвратить образование задиров на поверхности. Сочетание высокой упругости, низких пределов формуемости и чувствительности к истиранию означает, что алюминиевые прогрессивные штампы обычно требуют большего количества станций для достижения той же геометрии, которую можно получить из стали за меньшее количество ударов.

Из таблицы ясно видно одно: выбор материала — это не просто дизайнерское решение. Это решение о размере пресса, решение о сроке службы инструмента и решение о скорости производства — все в одном лице. Прогрессивный штамповочный пресс, рассчитанный на работу с углеродистой сталью, может оказаться опасно заниженным для той же геометрии детали из нержавеющей или-высокопрочной стали. А алюминиевая версия той же детали, хотя и требует меньшего усилия, может потребовать больше станций и более низкую скорость цикла, чтобы избежать дефектов поверхности и сохранить размеры.

Такое поведение материалов напрямую влияет на расчет общего тоннажа пресса. Требуемая сила каждой станции зависит не только от геометрии, но и от того, как конкретный сплав реагирует на резку, изгиб и формовку в этот момент своего пути -закалки через матрицу.

Расчет тоннажа и определение размеров пресса для прогрессивных штампов

Свойства материала говорят вам, насколько сильно ударяет каждая станция. Но знания отдельных сил недостаточно. Вам нужно их суммировать, учесть все, что происходит одновременно на штампе, а затем сопоставить эту сумму с нужными спецификациями печатной машины. Если вы ошибетесь в этом расчете хотя бы на 15–20 процентов, вы либо заклините пресс в нижней мертвой точке, либо изнашиваете его на годы раньше запланированного срока. Именно здесь прогрессивная штамповка металла переходит от инженерной концепции к решению о капиталовложениях.

Станция-по-методу расчета силы на станции

Процесс начинается с раскладки полосы. Каждая станция, работающая с материалом, генерирует измеримую силу, и вам необходимо рассчитать каждую из них индивидуально, прежде чем объединять их. Вот как выполняются математические расчеты для каждого типа операции:

Вырубка и прошивка:Это операции по резке. Формула проста:

Требуемый тоннаж=Периметр (дюймы) x Толщина материала (дюймы) x Прочность на сдвиг (тонны/дюйм²)

Представьте, что вы пробиваете отверстие диаметром 0,5-дюйма в мягкой стали толщиной 0,060 дюйма с прочностью на сдвиг 25 тонн/дюйм². Периметр составляет 1,57 дюйма, поэтому пробивающая сила равна 1,57 x 0,060 x 25=2.36 тонны для этого одного удара. Станция с шестью лунками? Умножьте соответственно. Прогрессивная штамповочная матрица с 10 прошивными станциями, каждая из которых несет одинаковые нагрузки, быстро складывается.

Гибка и формовка:Расчет силы при изгибе зависит от длины изгиба, толщины материала, ширины отверстия матрицы и прочности материала на разрыв. V-изгиб, вытирание и изгиб на воздухе подчиняются разным формулам, но все они масштабируются в зависимости от квадрата толщины и прочности материала. Более сложные геометрические формы, такие как тиснение или рифление, требуют эмпирических данных или оценок,-основанных на моделировании.

Рисунок:Для волочильных станций предел прочности на растяжение при расчете заменяет прочность на сдвиг, поскольку стенки оболочки находятся под напряжением. Формула выглядит так: периметр х толщина х предельная прочность на разрыв. Коэффициент уменьшения вытяжки и давление держателя заготовки добавляются к общей сумме. Неглубокая вытяжка чашки при уменьшении на 30% ведет себя иначе, чем глубокая вытяжка при уменьшении на 45%, как по величине силы, так и по тому, где эта сила применяется во время хода.

Помимо основных операций формирования, вам необходимо уловить силы, которые легко не заметить:

• Давление пружинного съемника (сила, удерживающая полосу вплотную к поверхности матрицы)
• Усилия на штифте подъемника полосы
• Силы давления азота на формовочных станциях
• Дополнительные действия,-управляемые камерой
• Загрузка измельчителей лома на станциях обрезки носителя
• Подушечки для пустых держателей на вытяжных станциях

Как отмечает эксперт по штамповке Деннис Кеттелл, вы должны записывать нагрузку для каждой отдельной станции, включая обрезки каркаса, носитель полотна, пробивку направляющих отверстий и окончательную резку обрезков полотна. Пропустите что-нибудь из этого, и ваш тотал недооценит реальность. Для сложных штампов с 15 и более проходами расположение полос с цветовой-кодировкой помогает гарантировать, что ничего не ускользнет сквозь трещины.

Суммирование одновременных пиковых нагрузок

Вот критический момент, который сбивает с толку менее опытных инженеров: не каждая станция достигает своего пикового усилия в один и тот же момент хода пресса. Пик пронзающих ударов приходится на раннюю часть разреза, в момент прорыва удара. Станции формирования достигают максимума в разных точках в зависимости от геометрии. Станции вытяжки наращивают усилие постепенно и могут достигать пика задолго до нижней мертвой точки.

Консервативный и безопасный подход суммирует пиковые силы со всех станций, как если бы они возникали одновременно. На практике изменение длины пуансонов путем сдвига режущих пуансонов может распределить нагрузку на несколько градусов поворота кривошипа, уменьшая мгновенный пик. Но для определения размеров пресса вы рассчитываете наихудший случай: каждая станция в один и тот же момент имеет максимальную нагрузку.

Как только вы получите эту сумму, примените запас прочности. Общая инженерная практика обычно добавляет от 20 до 30 процентов к расчетной сумме. Этот запас учитывает несколько реальных-переменных:

• Износ инструмента со временем увеличивает силы резания (тупые пуансоны требуют большей силы, чем острые)
• Изменение свойств материала от катушки к катушке
• Влияние температуры на прочность материала при работе на высоких-скоростях
• Неучтенные вторичные силы, возникающие при работе с полосой и ее наведении.

Штамповочный штамп, рассчитанный на расчетную пиковую нагрузку 85 тонн, должен работать в прессе с усилием не менее 105–110 тонн. Цель состоит в том, чтобы во время нормального производства эксплуатировать печатную машину примерно на 60–75 процентах мощности. Постоянная работа с производительностью выше 80 процентов ускоряет износ подшипников, усталость рамы и ухудшение состояния выступов, одновременно уменьшая окно, доступное для изменения технологического процесса.

Соответствие характеристик пресса требованиям к штампам

Тоннаж — это главный показатель, но это далеко не единственная характеристика, определяющая, подходит ли пресс вашему штампу. Вот что застает людей врасплох: пресс может иметь правильную грузоподъемность, но все равно не подходить для работы из-за положения хода, ограничений по энергии или несоответствия размеров.

Рейтинг тоннажа в зависимости от положения хода.Механический пресс обеспечивает своеноминальный тоннаж на определенном расстоянии выше нижней мертвой точки (НМТ). Прессы без-редуктора весом менее 45 тонн обычно имеют высоту 1/32 дюйма от НМТ. Прессы с редуктором большего размера обеспечивают полную производительность при расстоянии от 1/16 до 3/16 дюйма от НМТ. Если ваша операция штамповки требует максимального усилия в точке хода выше, чем рассчитано на пресс, у вас может не быть того тоннажа, который, как вы думаете, у вас есть. Операции вытягивания, требующие постоянного усилия в течение более длительного рабочего окна, особенно подвержены этому несоответствию.

Энергия против тоннажа.Это различие сбивает с толку даже опытные команды. У вас может быть пресс с достаточным тоннажем, но с недостаточным энергопотреблением, что является распространенной причиной застревания пресса в BDC. Энергия накапливается в маховике и высвобождается во время рабочей части хода. Если требуемая работа превышает доступную энергию маховика на данной скорости, двигатель не сможет восстановить достаточно энергии между ходами, и пресс остановится. Расчет потребности в энергии (сила, умноженная на рабочее расстояние на каждой станции) является важным вторым шагом после расчета тоннажа.

Помимо тоннажа и энергопотребления, инженеры должны оценить полный набор параметров размеров и производительности, чтобы подтвердить совместимость пресса и штампа:

• Высота закрытия:Расстояние от поверхности надрессорной балки до поверхности салазок в НМТ, с регулировкой в ​​максимально верхнем положении. Должна соответствовать общей высоте стопки штампов (нижний штамп + верхний штамп + любые опорные пластины).
• Диапазон регулировки слайда:Позволяет точную-настройку закрытой высоты для подбора размеров детали. Обычно от 3 до 6 дюймов на средних печатных машинах. Недостаточная регулировка ограничивает гибкость настройки штампа.
• Длина хода:Должна превышать максимальную глубину детали плюс зазор для подъема и подачи полосы. Для детали с глубиной вытяжки 25 мм может потребоваться ход 75+ мм, чтобы освободить подъемники и обеспечить подачу.
• Размеры кровати и изголовья:Должно соответствовать площади матрицы с зазором для зажимов, желобов для мусора и направляющих подачи. Стандартная практика требует, чтобы матрица загружалась в пределах двух-третей площади станины для правильного распределения прогиба.
• Расположение отверстий для поддержки:Расположение T-пазов или резьбовых отверстий должно соответствовать требованиям к зажиму матрицы.
• Ударов в минуту (SPM):Должен соответствовать целевым объемам производства, основанным на годовом спросе и доступном времени работы. Для штампа, производящего 1000 деталей в час со скоростью 60 об/мин, может потребоваться пресс со скоростью 100+ об/мин, чтобы обеспечить время подачи и обеспечить запас на время простоя.
• Окно подачи (доступные степени):Часть вращения кривошипа, во время которой полоса может продвигаться вперед. Для большей длины подачи на более высоких скоростях требуется более широкое окно подачи, что напрямую ограничивает достижимую скорость вращения.
• Параллельность и повторяемость слайдов:Для штамповки с прогрессивной штамповкой, требующей допусков менее +/- 0,05 мм, пресс должен сохранять параллельность в пределах микрометров под нагрузкой, ход за ходом.

Стоит подчеркнуть один момент: увеличить мощность пресса всегда лучше, чем уменьшить ее. Пресс недостаточного размера, работающий на пределе своих возможностей, создает каскад проблем. Подшипники изнашиваются быстрее. Прогиб рамы увеличивается, изменяя зазоры матрицы и ускоряя износ пуансона. Ограничения по энергии вызывают ограничения скорости, которые снижают производительность. Жизнь падает, потому что вся система работает в условиях стресса, на который она не рассчитана.

Напротив, пресс, работающий на 60 процентов мощности, меньше отклоняется, выделяет меньше тепла, поддерживает более жесткую параллельность слайдов и дает вам запас для изменения материала или будущих модификаций матрицы, которые добавят станции. Разница в капитальных затратах между 150-тонным и 200-тонным прессом скромна по сравнению с совокупными затратами на преждевременную переточку матрицы, незапланированные простои и сокращение срока службы пресса, возникающие из-за работы на пределе возможностей.

Вывод? Делайте расчеты консервативно, щедро добавляйте запас и сверяйте требования по тоннажу и энергопотреблению с кривой номинальных характеристик пресса при фактической рабочей высоте, необходимой вашей матрице. Эти расчеты определяют минимальный размер ваших инвестиций, но они еще не учитывают, насколько быстро вы действительно сможете запустить систему. Скорость производства накладывает свои собственные ограничения, которые взаимодействуют со всем вышеперечисленным.

Частота хода и сложность детали

Вы правильно выбрали пресс по тоннажу и энергии. Матрица подходит к валике. Материал указан. Все проверяется на бумаге. Но вот вопрос, который определяет стоимость каждой детали на протяжении всего срока службы этого инструмента: насколько быстро вы действительно сможете его запустить? Процесс прогрессивной штамповки в конечном итоге управляется самым медленным звеном в цикле, и это звено меняется в зависимости от геометрии детали, поведения полосы и того, насколько разумно настроен ваш профиль движения.

Что определяет максимальную частоту ударов

Число ударов в минуту — это не просто цифра, которую вы смотрите в спецификации и выполняете вечно. Это результат нескольких конкурирующих физических ограничений, и самое жесткое из них устанавливает потолок для всей вашей линии. Вот что ограничивает достижимую скорость при высокоскоростной прогрессивной штамповке:

• Длина подачи за ход.Полоса должна пройти полное расстояние шага, замедлиться и занять положение до того, как ползунок достигнет рабочей зоны. Более длинный шаг означает более линейное перемещение за цикл, что требует либо более быстрого ускорения подачи, либо меньшего количества ходов в минуту. Чтобы преобразовать скорость подающего оборудования в скорость в минуту, разделите линейную производительность оборудования (в дюймах в секунду) на расстояние перемещения.
• Высота подъема детали.После каждого хода подъемники поднимают полосу над деталями нижней матрицы, чтобы она могла свободно продвигаться вперед. Более глубокие формы или более высокие элементы штампа требуют более высокого подъема, чтопотребляет больше градусов поворота кривошипачтобы полоса была расчищена и заселена. Уменьшение высоты подъема за счет распределения формовки по большему количеству станций является одним из наиболее эффективных способов повышения скоростных возможностей.
• Прочность несущей полосы.На высоких скоростях полоса испытывает значительные инерционные нагрузки при разгоне и торможении. Слабый держатель может деформироваться, растянуться или сломаться, что приведет к застреванию подачи. Для деталей с ограниченной областью соединения между прогрессиями может потребоваться перепроектирование держателя, чтобы выдерживать динамические силы-высокоскоростной подачи.
• Чувствительность к скорости деформации материала.Некоторые сплавы ведут себя по-другому при формировании на высокой скорости. Влияние скорости деформации-может увеличить силы формования или изменить характер разрушения, ограничивая скорость работы станций формования без растрескивания материала.
• Время отклика-датчика.Детекторам застревания,-датчикам детали и устройствам контроля тоннажа требуется время, чтобы прочитать и подать сигнал системе управления прессом. Если время отклика датчика превышает доступное окно между гребками, вы должны либо замедлиться, либо принять риск бежать без защиты.

Взаимосвязь очевидна: более простые детали с коротким ходом, мелкими деталями и надежными носителями могут работать при очень высокой скорости вращения. Сложная геометрия с глубокими формами, большая длина подачи и хрупкие держатели снижают производительность. Небольшой электрический разъем может работать со скоростью от 800 до 1200 об/мин на высокоскоростном механическом прессе, а автомобильный кронштейн с множеством изгибов и шагом 75 мм может работать со скоростью от 60 до 80 об/мин на раме того же тоннажа.

Профилирование скорости сервопресса для сложных деталей

Обычные механические прессы предлагают одну кривую движения: синусоидальную траекторию, определяемую геометрией кривошипа. Каждая часть хода движется со скоростью, определяемой углом кривошипа, и вы не можете замедлить формовку, не замедлив весь цикл. Сервопрессы полностью устраняют это ограничение.

Благодаря программируемому движению ползуна вы можете выполнять части хода подвода и возврата с максимальной скоростью, замедляясь при прохождении зоны формования, где поток материала требует времени. Это означает, что прогрессивный процесс штамповки, максимальная скорость которого на механическом прессе составляет 40 об/мин (поскольку станциям формования требуется время выдержки), может достичь скорости 60 или 70 об/мин на сервопрессе. Скорость формования остается в пределах материала, в то время как не-рабочие части хода выполняются настолько быстро, насколько позволяет привод.

Сервотехнология предлагает специальные режимы движения, которые позволяют увеличить скорость для различных сценариев:

• Маятниковый режимиспользует частичное вращение, а не полный поворот на 360 градусов, что исключает ненужный ход кривошипа при мелкой постепенной работе. Какисследования профиля движения показывают, чем короче маятник, тем выше производительность, но это также сужает окно подачи, требуя более быстрого оборудования подачи.
• Переменная скорость посредством ходапозволяет каретке ползти со скоростью 10 % от максимальной скорости через критическую станцию ​​вытяжки, одновременно обеспечивая возврат на полной скорости, сохраняя качество детали без ущерба для общего времени цикла.
• Мульти--профили обращенийнанесите два или три контролируемых удара в нижнюю мертвую точку за один цикл прессования, уменьшая пружинение без добавления матриц или замедления линии.

Одно практическое правило оптимизации сервопресса: стремитесь к тому, чтобы фактическая производительность составляла 90 % или более от запрограммированного максимума. Если вы работаете значительно ниже этого порога, сам профиль движения необходимо перепроектировать, а не просто уменьшить скорость нажатия. Настройка угла подачи, уменьшение высоты стояка и минимизация окна формования — все это рычаги, которые следует потянуть, прежде чем принять более медленную скорость. Долгосрочные программы прогрессивной штамповки оправдывают затраты времени на оптимизацию профиля, поскольку даже 10%-ный прирост скорости вращения дает значительную экономию средств за миллионы циклов.

Оптимизация смены штампов с использованием принципов SMED

Скорость производства говорит только половину истории. Для цехов, обрабатывающих несколько номеров деталей на одном и том же прессе, время переналадки между штампами напрямую снижает общую эффективность оборудования. Пресс, производящий 500 деталей в минуту, ничего не значит, если он простаивает четыре часа между сменами штампов.

Вот гдеSMED (замена штампов за одну- минуту)принципы трансформируют прогрессивную экономику. Несмотря на название, SMED нацелен на время переналадки менее десяти минут, а не буквально одной минуты. Методика разделяет задачи настройки на внешние действия (выполняемые, пока печатная машина все еще выполняет предыдущее задание) и внутренние действия (возможные только при остановленной печатной машине), а затем систематически преобразует внутренние задачи во внешние.

Практическая реализация SMED для прогрессивной штамповки включает в себя:

• Стандартизированная высота закрытиямежду наборами штампов, чтобы регулировка пресса не менялась в зависимости от задания
• Системы быстрой-замены опорс помощью роликовых или гидравлических тележек, которые предварительно-выставляют следующую матрицу за пределы пресса и перемещают ее на место менее чем за минуту
• Унифицированные зажимные системыиспользование гидравлических или пневматических зажимов со стандартным расположением пазов, исключающее необходимость завинчивания вручную-
• Предварительная-установка катушки и подачитаким образом, новый материал заправлен и готов до остановки пресса
• Визуальный менеджмент и организация рабочего местаобеспечение того, чтобы каждый инструмент, прокладка и разъем имели определенное место, доступное без поиска

Эффект производства измерим. Цех, перешедший с 2-часовой переналадки на 10-минутную переналадку, получает примерно 110 минут продуктивного времени работы на одну смену штампа. При трех сменах в смену это более пяти дополнительных часов производства деталей в день. Для крупносерийных программ это напрямую снижает стоимость детали, поскольку печатная машина тратит больше свободного времени на изготовление деталей, а не на ожидание настройки.

SMED также позволяет производить небольшие партии без каких-либо штрафов. Традиционные цеха с длительной-переналадкой не допускают частой смены штампов, что приводит к перепроизводству и избыточным запасам. Быстрая переналадка позволяет выполнять именно то, что необходимо, и тогда, когда это необходимо, согласовывая прогрессивное производство штампов с экономичным производственным потоком.

Оптимизация скорости, будь то за счет профилирования движений или сокращения переналадок, в конечном итоге зависит от того, насколько хорошо печатная машина взаимодействует со всем, что ее окружает. Система подачи должна реагировать на команды скорости с точностью менее -миллисекунды. Датчики должны обнаруживать проблемы в пределах доступного окна реакции. И вся ячейка должна работать без постоянного вмешательства человека, чтобы оправдать инвестиции в более высокие темпы цикла.

Интеграция автоматизации и современные системы подачи

Прогрессивный штамповочный пресс, работающий со скоростью 400 ударов в минуту, оставляет между ударами примерно 150 миллисекунд. В этом окне полоса должна продвинуться вперед, занять нужное положение, и каждый датчик должен подтвердить, что система безопасна для следующего хода. Ни один человек не может это контролировать. Прессе необходимо думать самостоятельно, и она делает это с помощью многоуровневой архитектуры автоматизации, которая превращает автономную машину в производственную ячейку, способную отключать свет-.

Сервосистемы подачи и точность подачи

Система подачи при штамповке, пожалуй, является самым важным периферийным устройством на линии. Его работа звучит просто: продвигайте полосу точно на запрограммированное расстояние шага, при каждом ходе, независимо от изменения скорости или поведения материала. На практике достижение такой повторяемости при производительности требует точного машиностроения.

Три технологии подачи предназначены для применения в прогрессивных штампах:

• Сервопривод валковиспользуйте ролики с серво-двигателем-, которые зажимают полосу и продвигают ее на запрограммированное расстояние. Они обеспечивают наилучшую точность (обычно +/- 0,025 мм или выше), самое быстрое ускорение и самый широкий диапазон регулировки. Они используются в большинстве современных линий прогрессивных штампов.
• Подача воздухаиспользуйте пневматические цилиндры для продвижения узла захвата. Они просты, недороги и подходят для подачи на меньшую длину на умеренных скоростях. Точность ниже, чем у сервосистем.
• Захватная подача (механическая)используйте кулачковые-механизмы для фиксированной дистанции продвижения. Быстрая и надежная для специализированных высокоскоростных применений, но негибкая, когда для переключения требуется другая длина подачи.

Точность подачи зависит не только от самого механизма. Время выпуска фида-играет решающую роль. От того, где во время хода пресса закрываются подающие ролики, зависит, не застрянет ли лишний материал между матрицей и устройством подачи. Если рулон закрывается в нижней мертвой точке, в то время как подъемники штамповочной матрицы все еще поднимают полосу, дополнительный материал, протянутый во время этого подъема, создает состояние перегрузки. Результат? Чрезмерно длинные прогрессии, повреждения пилота и лом. Чтобы предотвратить эту ловушку, правильное время закрытия учитывает расстояние подачи-до-матрицы, высоту хода подъемника и скорость прессования.

Давление крена имеет одинаковое значение. Слишком малое давление приводит к проскальзыванию и коротким подачам, особенно при работе с толстыми материалами, для ускорения которых требуется большее усилие. Слишком большое давление изгибает подающий ролик, вызывая краевую волну на широких витках или изгиб на узкой заготовке. Современные сервоконтроллеры подачи автоматически компенсируют, когда данные датчиков указывают на смещение или изменение толщины полосы, регулируя длину продвижения в реальном времени без вмешательства оператора.

В-определении штампа и защите штампа

Эксплуатация автоматической штамповочной ячейки без защиты штампа — это все равно, что ехать на скорости по шоссе без тормозов. В конце концов, что-то идет не так, и без датчиков, останавливающих пресс за долю одного хода, одно застревание может уничтожить тысячи долларов на пуансонах, вставках штампов и компонентах пресса.

Комплексная система защиты матрицы одновременно отслеживает несколько режимов отказа:

• Обнаружение застревания:Датчики проверяют, что полоса продвинулась в правильное положение, прежде чем пресс сработает. Окно обнаружения должно учитывать фактическую повторяемость вашего устройства подачи. Какэксперты по защите штампов отмечают, если ваше устройство подачи выдерживает +/- 0,005 дюйма, но датчики настроены на срабатывание при +/- 0,003 дюйма, неприятные остановки будут мешать вашей работе.
• Обнаружение пряжки полосы:Датчики непрерывного мониторинга проверяют, что полоса остается ровной между устройством подачи и входом в матрицу. Прогнутая полоса, попадающая в матрицу, означает удар двойной-толщины, который может расколоть пуансоны или привести к пружине рамы пресса.
• Обнаружение детали-отсутствия:Фотоэлектрические датчики или датчики приближения подтверждают, что каждая готовая деталь вышла из матрицы перед следующим ходом. Застрявшая часть означает двойной удар, который является одним из самых быстрых способов уничтожить секцию матрицы.
• Мониторинг тоннажа:Тензодатчики в пресс-соединениях отслеживают характеристики силы шаг за шагом. Внезапный скачок указывает на вытягивание пули, поломку пуансона или застревание подачи. Постепенный восходящий тренд сигнализирует об износе инструмента, который требует внимания, прежде чем он выйдет из строя.
• Окончание-обнаружения-запасов:Датчики определяют, когда рулон подходит к концу, и останавливают пресс до того, как хвост полосы достигнет активных станций.

Современные контроллеры на базе резольвера-достаточно точны, чтобы отслеживать сигналы датчиков в пределах одной-трети градуса вращения коленчатого вала. Это важно, поскольку некоторые срабатывания, например пролет-выбрасываемой воздухом детали мимо фотоэлектрического датчика, длятся менее 10 миллисекунд независимо от скорости нажатия. Лучший-подход, монтируемый на кристалле,-подключает датчики с помощью одной распределительной коробки и основного кабеля, а не отдельных проводов, что исключает ошибки подключения во время настройки и предотвращает сбои в работе кабеля-упрочнение из-за многократного наматывания и разматывания.

Удаление лома и автоматическая работа

На каждой прошивной станции и операции резки образуется лом: заготовки из отверстий, обрезки каркасов из вырубок и несущие полотна из окончательного разделения. Если какой-либо из этих материалов не выходит из штампа надежно, он скапливается, мешает следующему ходу и вызывает сбои. Управление пробками – это то, что отличает головку, работающую без присмотра, от головки, для которой требуется присутствие оператора с воздушным шлангом.

Стратегии удаления лома включают в себя:

• Падение силы тяжести:Пули падают через отверстия матрицы в желоба под надрессорной балкой. Работает надежно, когда геометрия отверстия и зазор матрицы обеспечивают чистое разделение.
• Положительный сброс воздуха:Порывы воздуха по времени выбрасывают детали или пули, которые не падают свободно. Незаменим для обращенных вверх-полостей или горизонтальных путей выброса.
• Вакуумные системы:Отводите пули от поверхностей пуансона, предотвращая вытягивание пули (когда пуля цепляется за пуансон и снова-входит в матрицу при следующем ударе). Особенно важно для тонких материалов, где поверхностное натяжение удерживает заготовки на поверхности инструмента.
• Механические эжекторы:Пружинные-или кулачковые-штифты принудительно выталкивают готовые детали или отходы из матрицы при каждом ходе.

Помимо самой матрицы, полностью автоматизированная ячейка прогрессивной штамповки интегрируется с системами уровня завода-для обеспечения прозрачности производства. Счетчики деталей отслеживают выпуск по целевым показателям. Сбор данных SPC позволяет через определенные промежутки времени фиксировать важные параметры для управления процессом в-режиме реального времени. Данные о тоннаже используются в алгоритмах прогнозного технического обслуживания, которые отслеживают износ инструмента до того, как он приведет к образованию брака. А подключение через OPC-UA или аналогичные протоколы позволяет на панелях мониторинга производства отображать состояние печатной машины, показатели OEE и историю сигналов тревоги из любой точки производственной сети.

Вот полный список компонентов современной автоматизированной ячейки:

• Серво-подача рулона с автоматической компенсацией шага
• Правильная машина для рулонов с приводными прижимными роликами
• Контроллер защиты кристалла с синхронизацией-на основе резольвера
• Монитор тоннажа с анализом сигнатуры каждого-хода
• Застревание, перегибание или разъединение-матрицы датчиков
• Автоматическая система смазки (валиковая или распылительная)
• Конвейер для лома или система вакуумного сбора
• Конвейер или бункерная система-сортировки деталей
• Гидрометрическая станция SPC (линейная или отбор проб)
• Сетевой-ЧМИ с возможностью удаленного мониторинга

Когда все эти элементы работают вместе, в результате получается ячейка, поддерживающая режим реального отключения-, работающая через целые катушки без вмешательства человека и останавливающаяся только тогда, когда датчики обнаруживают аномалию или когда катушка разряжается. Автоматизация не просто увеличивает пропускную способность. Он защищает инвестиции в инструмент, поддерживает стабильное качество и генерирует данные, необходимые для постоянной оптимизации процесса.

Такой уровень интеграции вызывает естественный вопрос. Учитывая все эти доступные возможности, как прогрессивная штамповка отличается от других методов, таких как переносные штампы, составные инструменты или многоползуновые машины? Ответ зависит от геометрии вашей детали, требований к объему и требований к допускам.

Прогрессивный, трансферный и смешанный методы штамповки

Геометрия детали, годовой объем и допуски не просто определяют размер пресса. Они определяют, является ли прогрессивный кубик правильным подходом. Инженеры, которые по умолчанию используют прогрессивные инструменты для каждого проекта, оставляют деньги на столе, когда передаточная матрица, составной инструмент или многосуставной станок лучше подходят для приложения. И наоборот, выбор более простого метода для детали, которая действительно нуждается в прогрессивных возможностях, создает узкие места и проблемы с качеством, которые усугубляются с годами производства.

Вот как пять основных методов штамповки соотносятся друг с другом и когда каждый из них занимает свое место на полу.

Прогрессивная и трансферная штамповка

Оба метода используют несколько станций для последовательного построения элементов детали, но они принципиально различаются тем, как заготовка перемещается между этими станциями. В прогрессивном штампе деталь остается соединенной с несущей полосой на протяжении всего процесса, продвигаясь с каждым ходом пресса до момента обрезки на конечной станции. При штамповке с трансферной штамповкой деталь заранее отделяется от полосы (или начинается как предварительно-вырезанная заготовка) и механически перемещается между независимыми штамповочными станциями с помощью захватов, пальцев или роботизированных манипуляторов.

Это различие определяет все остальное. Прогрессивные матрицы превосходно подходят для обработки деталей небольшого---среднего размера, геометрия которых позволяет заготовке оставаться прикрепленной к держателю. Подумайте об электрических разъемах, кронштейнах, зажимах и клеммах. Полоса обеспечивает автоматическое индексирование, исключает перемещение деталей между станциями и позволяет работать на очень высоких скоростях, поскольку ничего не нужно захватывать и перемещать свободную деталь.

Инструменты для трансферного пресса становятся необходимыми, когда детали слишком велики для подачи из рулонной заготовки, требуют глубокой вытяжки, превышающей возможности несущей ленты, или требуют выполнения операций под разными углами, что было бы невозможно при соединенной полосе. Большие панели автомобильного кузова, чашки глубокой-вытяжки и конструктивные элементы обычно направляются в системы транспортировки. Компромисс? Более медленное время цикла и более сложная обработка материалов. Штамповка с трансферной матрицей обычно выполняется со скоростью от 15 до 40 ударов в минуту по сравнению с сотнями ударов в минуту, которые возможны при прогрессивной работе.

С точки зрения затрат, инструменты для переноса на самом деле могут быть дешевле в расчете на станцию, поскольку каждая матрица независима, а не интегрирована в один блок. Но инструменты для трансферного пресса требуют дополнительных инвестиций в саму механическую систему переноса, а затраты на-деталь выше при эквивалентных объемах из-за более низких скоростей и увеличения объема обработки.

Альтернативы составному и тонкому гашению

Не каждая деталь нуждается в последовательных станциях. Штамповка сложной штамповкой выполняет несколько операций резки за один ход пресса, создавая готовую плоскую деталь за один удар. Матрица одновременно заготовляет внешний профиль и пробивает внутренние отверстия, обеспечивая детали превосходной плоскостностью и концентричностью, поскольку все детали вырезаются одним движением относительно друг друга.

Ограничение? Составные матрицы обрабатывают только плоскую геометрию. Никаких изгибов, никаких форм, никаких рисунков. Они идеально подходят для шайб, плоских клеммных заглушек, простых прокладок и любых деталей, полностью определяемых профилем разреза. В этих случаях штамповка составной штамповкой обеспечивает лучшую плоскостность, чем прогрессивные методы (поскольку между операциями нет продвижения полосы) при меньших затратах на инструмент. Но объемы должны оправдывать выделенный кубик, и сложность быстро иссякает.

Четырех- и многослайдные машины используют совершенно другой подход. Вместо вертикального усилия прессования они используют четыре или более горизонтальных направляющих инструмента для сгибания, формирования и резки проволоки или узкой полосы в нескольких направлениях одновременно. В результате получаются сложные трехмерные детали, особенно пружины, зажимы и небольшие кронштейны, которые производятся на высокой скорости с минимальными затратами на инструмент. Прогрессивная штамповка медицинского оборудования обеспечивает точные контакты и экраны от электромагнитных помех в большом объеме, но для микро-формованных зажимов и компонентов на основе проволоки- менее 50 мм многоползуновые машины часто производят ту же геометрию быстрее и дешевле.

Тонкая вырубка занимает особую нишу. В нем используется пресс тройного-действия с очень малым зазором между пуансоном-к-матрице и V-кольцевой ударной пластиной, которая фиксирует материал во время резки. Результатом являетсягладкий, излом-свободный край по всей толщине материала, чего невозможно достичь при обычной вырубке без вторичной обработки. В шестернях, звездочках, компонентах ремней безопасности и деталях тормозной системы обычно используется тонкая вырубка, когда качество кромок и точность размеров имеют большее значение, чем скорость цикла.

Выбор правильного метода штамповки для вашего применения

Схема принятия решений сводится к пяти переменным. Сопоставьте свою часть с каждой из них, и правильный метод обычно становится очевидным:

• Размер и геометрия детали:Детали малого-–-среднего размера с изгибами и формами подходят для прогрессивных штампов. Большие или глубоко вытянутые детали направляются для переноса. Только плоские-профили подходят для составных штампов. Сложные трехмерные проволочные изгибы или узкие-полосные изгибы способствуют многоскольжению.
• Объем производства:Прогрессивная штамповка преобладает над производством более 50 000 деталей в год, при этом амортизация оснастки снижает-стоимость детали. Составные и мультислайдовые системы позволяют эффективно-обрабатывать меньшие объемы. Тонкая вырубка оправдывает затраты на оснастку при больших объемах прецизионных компонентов.
• Требования толерантности:Точная вырубка достигает +/- 0,025 мм на элементах реза. Прогрессивные штампы удерживают от +/-0,05 до +/-0,10 мм поперек сформированных элементов. Инструмент для переноса обеспечивает аналогичные допуски, но с более крупными границами деталей.
• Тип и толщина материала:Более толстая заготовка (более 3 мм) и высокопрочные материалы-предпочтительны для систем передачи из-за более высоких требований к тоннажу на станцию. Тонкие материалы (от 0,1 до 1,0 мм) эффективно обрабатываются в прогрессивных или многослайдных установках.
• Бюджет и сроки:Инструменты с прогрессивными штампами стоят дороже, чем составные или многоползуновые инструменты, но обеспечивают самую низкую-цену на деталь при больших объемах. Инвестиции в трансферную оснастку сопоставимы с прогрессивными, но требуют дополнительных затрат на пресс и автоматизацию.

На практике выбор часто соответствует шаблонам отраслевых приложений. Прогрессивная штамповка автомобильных компонентов преобладает в производстве крупных-кронштейнов, разъемов, клеммных колодок и компонентов трансмиссии, где ежегодные объемы достигают миллионов, а цена на-деталь очень чувствительна. Эти детали обычно достаточно малы, чтобы оставаться на несущей полосе, достаточно сложны, чтобы требовать от 8 до 20+ станций, и производятся в объемах, которые окупают затраты на оснастку в течение нескольких месяцев.

Прогрессивная штамповка медицинских устройств служит другому профилю: прецизионные контакты, радиочастотные экраны, штыри разъемов и субкомпоненты имплантатов, где точность размеров и качество поверхности имеют такое же значение, как и объем. Эти приложения требуют точных пилотов, точного-поступательного продвижения и часто требуют обработки, совместимой с чистым-комнатой-, но фундаментальный прогрессивный подход остается идеальным, поскольку детали малы, геометрически сложны и необходимы в постоянно больших объемах.

Методы переноса охватывают территорию, недостижимую для прогрессивных штампов: крупные структурные штамповки, корпуса глубокой-вытяжки и детали, требующие обработки под разными углами подхода. Штамповка сложными штампами заполняет пробел в производстве более простых плоских деталей, где производство за один-ход превосходит много-станционное производство как по стоимости, так и по качеству.

Правильный метод не всегда один или другой. Некоторые производственные ячейки сочетают в себе прогрессивные штампы для первичной вырубки и формовки с системами транспортировки для вторичных операций глубокой-вытяжки. Приведенная выше схема принятия решений дает вам отправную точку, но реальный ответ приходит после сопоставления геометрии вашей конкретной детали, прогноза объема и требований к качеству с возможностями и экономикой каждого подхода. Как только этот выбор сделан, вопрос смещается от того, какой метод к какому поставщику может предоставить инструменты и производственные мощности, необходимые вашей программе.

Поиск прогрессивных штамповочных штампов для масштабируемого производства

Выбор правильного метода штамповки и конфигурации пресса — это только половина дела. Другая половина? Принятие решения о том, использовать ли эту возможность внутри-или в партнерстве с прогрессивной штамповочной компанией, которая уже обладает инженерными знаниями, производственными мощностями и инфраструктурой качества для поставки инструментов, которые будут работать с первого дня. Это решение формирует структуру ваших затрат, гибкость сроков и операционный риск на долгие годы.

Когда инвестировать в пресс, а не в партнерство с поставщиком штампов

Владение прогрессивным штамповочным прессом имеет смысл при определенных условиях: стабильные ежегодные объемы, превышающие миллионы деталей по нескольким программам, внутренний инженерный опыт для обслуживания штампов и оптимизации процессов, а также доступность капитала, которая не ограничивает поток денежных средств для других инициатив роста. Если вы соответствуете всем трем критериям, владение печатной машиной обеспечивает максимальный контроль над расписанием, качеством и-стоимостью каждой детали.

Большинство компаний не соответствуют всем трем требованиям. И вот тут математика становится интересной.

Комплексный анализ рентабельности инвестиций должен учитывать не только стоимость приобретения прессы. КакСистема принятия производственных решений BaySource GlobalВ общих чертах истинная стоимость владения включает в себя затраты на капитальное оборудование, недвижимость и техническое обслуживание, текущую стоимость капитала (включая процентные платежи), накладные расходы на управление запасами, персонал для эксплуатации и обеспечения качества, а также технологические знания, необходимые для поддержания конкурентоспособности системы. Контрактное производство обеспечивает гибкость в увеличении или уменьшении производства в зависимости от колебаний спроса без постоянных затрат в периоды скудных продаж.

Для групп, производящих менее 500 000 деталей в год с ограниченным количеством деталей, партнерство с прогрессивным поставщиком инструментов и штампов обычно обеспечивает лучшую экономию. Вы избегаете капитальных затрат, устраняете необходимость в специализированных операторах прессов и специалистах по обслуживанию штампов, а также получаете доступ к инженерным ресурсам, на создание которых у вас уйдут годы. Компромисс — меньший контроль над планированием и зависимость от возможностей и приоритетов вашего поставщика.

Оценка поставщиков прогрессивных матриц для крупносерийного-производства

Выбор производителя прогрессивных штампов является одним из наиболее важных решений, принимаемых производственной командой. Качество, точность и последовательность инструментов вашего партнера напрямую влияют на качество деталей, общую стоимость владения и долгосрочную-конкурентоспособность. Подробная система оценки от Eigen Engineering определяет восемь ключевых критериев, которые отличают способных поставщиков от рискованных.

Вот что должна оценить ваша команда по закупкам:

• Инженерно-конструкторские возможности:Может ли поставщик разработать индивидуальные конструкции прогрессивных штампов на основе геометрии вашей детали, характеристик материала и целевого объема? Обратитесь к-собственным специалистам в области CAD/CAM, FEA-моделирования для анализа формования и оптимизации компоновки полос.
• Материальная экспертиза:Понимает ли поставщик, как ведут себя различные сплавы на нескольких станциях формовки? Компенсация-усиления работы, прогнозирование пружинения и предотвращение истирания требуют существенных-специальных знаний.
• Системы качества и метрология:Убедитесь, что поставщик использует проверку КИМ, оптические измерения и документацию SPC для проверки допусков на каждом этапе. Такие сертификаты, как ISO 9001, устанавливают базовый уровень, но возможность проверки имеет большее значение, чем сертификат на стене.
• Собственные-возможности тестирования и проверки:Поставщик испытательных прессов может доказать, что матрица работает, прежде чем она будет отправлена ​​на ваш завод. Это исключает недели отладки на вашем предприятии и подтверждает, что производственные цели достижимы в реалистичных условиях эксплуатации.
• Производственная мощность и надежность сроков поставки:Оцените, сможет ли поставщик уложиться в ваши сроки без ущерба для качества. Прошлые результаты выполнения обязательств по поставкам говорят вам больше, чем просто обещания на этапе ценообразования.
• Техническое обслуживание и после-послепродажная поддержка:Прогрессивный износ штампов. Пуансоны затупляются, вставки устают, а зазоры открываются в течение миллионов циклов. Поставщик, который предлагает постоянную поддержку по техническому обслуживанию, поставку запасных компонентов и помощь в устранении неполадок, защищает ваше время безотказной работы.
• Масштабируемость и гибкость:Ваши объемы изменятся. Партнер-производитель прогрессивных штампов, который может масштабировать производство от пилотных партий до полномасштабного производства и адаптировать оснастку к инженерным изменениям, обеспечивает гораздо более долгосрочную-отдачу, чем партнер с фиксированными возможностями.
• Технологические навыки:Оцените качество оборудования с ЧПУ и электроэрозионной обработки проволоки, инструменты цифрового моделирования и готовность внедрить передовые методы производства, которые повышают точность штампов и сокращают время выполнения заказов.

Для групп, которые ищут прогрессивные штампы для штамповки, которым требуется эффективное многостанционное формование, высокая повторяемость и масштабируемое массовое производство, такие поставщики, какЙИЧЕНуделите особое внимание тому, чтобы помочь инженерам-технологам и отделам закупок преодолеть разрыв между проектным замыслом и готовыми-инструментами. Их прогрессивные услуги по штамповке подчеркивают сочетание инженерной поддержки и масштабируемости производства, что требуется для крупносерийных-программ.

Масштабирование от прототипа к массовому производству

Путь от первых-образцов статей до полноценного-производства — это не один скачок. Это поэтапный прогресс, где каждый этап подтверждает следующий. Спешка к массовому производству инструментов до того, как проект будет заморожен, посколькуПлан масштабирования MakerStageподчеркивает, это одна из самых дорогостоящих ошибок в производстве аппаратного обеспечения. Доработка пресс-формы на этапе производства обходится в 30–50 процентов стоимости оригинального инструмента плюс недели задержки.

Для прогрессивной штамповки последовательность масштабирования обычно следует следующей схеме:

• Проверка прототипа (1–50 частей):Образцы, обработанные на станке с ЧПУ или проволочной-электроэрозионной обработки, подтверждают геометрию и посадку детали. Никаких инвестиций в штампы пока нет. На этом этапе проверяется, правильна ли конструкция, прежде чем переходить к оснастке.
• Пилотная оснастка (50-5000 деталей):Упрощенная прогрессивная матрица, иногда с меньшим количеством станций или из более мягкой инструментальной стали, позволяет производить детали для функциональных испытаний, проверки сборки и первоначальной квалификации клиента. Изменения дизайна все еще доступны на данном этапе.
• Производственная оснастка (5,000+ деталей):Полностью закаленные,-предназначенные для производства прогрессивные штампы, предназначенные для заданного пресса, материала и частоты цикла. На этом этапе проект необходимо заморозить. Инженерные изменения означают повторную резку вставок штампов или перестройку станций.

Критическим триггером для перехода между этапами является не просто объем. Это стабильность конструкции. Поставщик прогрессивной штамповки, с которым стоит сотрудничать, будет сопротивляться, если вы попытаетесь заказать производственную оснастку до того, как допуски будут проверены и конструкция выдержит функциональные испытания. Этот отказ защищает ваши инвестиции.

При выборе производителей прогрессивных штампов для участия в долгосрочных-программах особенно интересуйтесь их рабочим процессом-от-производства их прототипов. Могут ли они изготовить образцы деталей из мягких инструментов, сверить размеры с вашим отпечатком, разработать конструкцию станции на основе результатов испытаний, а затем перейти к закаленным производственным штампам, не начиная заново? Такая преемственность исключает ошибки перевода, которые возникают, когда прототип и производственная оснастка поступают из разных источников и имеют разную инженерную интерпретацию.

Общая стоимость владения программой прогрессивных штампов выходит далеко за пределы первоначальной цены на инструмент. Учитывайте интервалы технического обслуживания штампа, ожидаемую частоту переточки, стоимость запасных пуансонов и пластин, расчетный срок службы штампа в общем количестве ходов и реакцию поставщика, когда что-то требует внимания в 2 часа ночи во вторник. Прогрессивная штамповочная компания, которая предлагает на 10 процентов меньше аванса, но не может оказать вам поддержку, если формовочная вставка треснет в середине-работы, обойдется вам гораздо дороже в течение всего срока действия программы, чем партнер, который рассчитывает на долгосрочную-надежность и подкрепляет ее быстрым обслуживанием.

Часто задаваемые вопросы о прогрессивных штамповочных прессах

1. В чем разница между прогрессивным кубиком и передаточным кубиком?

Прогрессивная матрица удерживает заготовку на несущей ленте на всех станциях, продвигая ее с каждым ходом пресса до окончательной резки. Передаточная матрица отделяет деталь на ранней стадии и использует механические захваты или роботизированные руки для перемещения ее между независимыми станциями. Прогрессивные штампы работают быстрее (сотни шагов в минуту) и подходят для деталей небольшого---среднего размера, в то время как передаточные штампы обрабатывают более крупные детали, глубокие вытяжки и операции под разными-углами на более медленных скоростях (15-40 шагов в минуту). Прогрессивная оснастка стоит дороже, но обеспечивает более низкую стоимость детали при больших объемах благодаря преимуществам в скорости и исключению необходимости обработки деталей.

2. Как рассчитать тоннаж, необходимый для штамповочного пресса с прогрессивной штамповкой?

Рассчитайте силу для каждой станции индивидуально: для вырубки и прокалывания используйте периметр, умноженный на толщину, умноженную на прочность на сдвиг; при изгибе используются свойства и геометрия материала; при рисовании используется предельная прочность на разрыв. Затем просуммируйте все пиковые силы, предполагая одновременное зацепление в нижней мертвой точке. Добавьте запас прочности на 20–30 %, чтобы учесть износ инструмента, изменение материала и влияние температуры. Также убедитесь, что пресс имеет достаточную мощность (мощность маховика) и что его грузоподъемность соответствует фактической рабочей высоте, необходимой вашей матрице. Для обеспечения длительного срока службы лучше всего работать на 60–75 % мощности пресса.

3. Какие материалы лучше всего подходят для прогрессивной штамповки?

Низко-углеродистая сталь (1008, 1010) — наиболее щадящий материал для прогрессивной штамповки благодаря умеренному наклепу и предсказуемому пружинению. Медь и латунь обеспечивают высокую формуемость при меньшем тоннаже. Нержавеющая сталь работает хорошо, но требует в 1,5-1,8 раза больше тоннажа и требует использования инструментов с покрытием для предотвращения истирания. Алюминий требует полированных поверхностей штампов, контролируемой смазки и часто большего количества формовочных станций из-за высокой упругости. Высокопрочные-стали (HSLA, двухфазные) требуют наибольшего тоннажа (в 2–3 раза больше базового) и тщательного распределения станций, чтобы избежать растрескивания из-за ограниченной пластичности.

4. Почему сервопрессы предпочтительнее для сложной работы с прогрессивными штампами?

Сервопрессы заменяют фиксированный маховик-муфтой-тормоза в сборе программируемыми серводвигателями, которые позволяют изменять скорость скольжения в пределах каждого хода. Это означает, что вы можете замедляться при прохождении зон формования для лучшего потока материала и уменьшения упругости, одновременно быстро двигаясь при подходе и возврате. Практические преимущества включают удвоение производительности при использовании профилей половинного-движения, устранение пружинения при использовании профилей с несколькими-ударами в BDC и обеспечение глубокой вытяжки в прогрессивных матрицах с использованием вибрационного движения. Сервотехнология позволяет сложным деталям работать с более высокой эффективной скоростью вращения, не превышая пределов формования материала, что напрямую снижает-стоимость детали.

5. Как сделать выбор между C-рамой и прямым-боковым прессом для прогрессивной штамповки?

Прессы с рамой C- (35-250 тонн) подходят для более легких последовательных работ с меньшим количеством станций и более тонкими материалами. Они обеспечивают открытый доступ с трех-сторон и более низкую стоимость, но отклоняются под углом под нагрузкой, что ограничивает допустимые отклонения. Прямые-боковые прессы (150-3,000+ тонны) исключают угловое отклонение вертикальных колонн с обеих сторон, сохраняя параллельность салазок независимо от распределения нагрузки. Для прогрессивных штампов с числом позиций более 8-10, требующих допусков менее +/- 0,05 мм или обрабатываемых материалов толщиной более 1,5 мм, рамы с прямыми стенками и 2-точечной или 4-точечной подвеской обеспечивают жесткость, необходимую для стабильного качества деталей на всех станциях.