Этот мир магазинов штампов и пресс-форм

Во многих производственных цехах работа с пресс-формами и штампами обычно относится к изготовлению асимметричных деталей. Компоненты из листового металла имеют различную форму, а пластмассовые детали, полученные литьем под давлением, варьируются от телефонов до корпусов компьютеров.

Однако в мире изготовления штампов и пресс-форм очень много круглых деталей. Крышки, уплотнения, прокладки и многое другое — это детали, для изготовления которых требуются штампы и пресс-формы круглой формы.

Много было написано об обработке полостей пресс-формы и наборов штампов для асимметричных деталей. В этой статье основное внимание уделяется жесткому точению применительно к изготовлению компонентов пресс-форм и штампов для производства многочисленных металлических и пластиковых деталей круглой формы.

Чтобы узнать об этой производственной нише, мы посетили Reliance Tool and Manufacturing (Элгин, Иллинойс). Это мастерская с 50-летней историей, специализирующаяся на токарной обработке твердых сплавов и использующая ее для изготовления компонентов пресс-форм и наборов штампов для производства круглых изделий.

Мы поговорили с Дейлом Шрибером, директором завода, чтобы узнать, какую пользу Reliance принесло резкое изменение производственных процессов.

Прогрессивные и составные штампы

Наборы штампов включают в себя ряд компонентов. Часто это отдельные детали, которые крепятся к верхней и нижней части матричных пластин. Такая конструкция позволяет производить настройку отдельных компонентов набора штампов, а не всего блока в целом.

В прогрессивной матрице рулоны листового металла подаются между верхней и нижней половинами матрицы. Каждый раз, когда пресс закрывается, вся деталь выбрасывается в конце пресса.

Прогрессивная матрица может иметь две, четыре или даже 16 различных станций для создания полной штамповки. После того, как пресс завершает ход, рулон подается от одной матрицы к другой. Некоторые наборы штампов предназначены для постепенной штамповки плоской формы, а затем складывания штамповки в трехмерную деталь. Все это делается одним прессом на одном прогрессивном штампе.

Составные штампы отличаются от прогрессивных тем, что создают полную штамповку одним ходом пресса. Составные штампы формируют, пробивают отверстия и придают форму заготовке одним ударом пресса.

Как и прогрессивные штампы, составные штампы также состоят из компонентов, установленных на верхней и нижней пластинах. Именно эти компоненты Reliance производит и собирает в полные комплекты. Для большинства их клиентов эти компоненты имеют круглую форму.

Почему крутой поворот?

Около шести лет назад компания Reliance начала экспериментировать с жестким поворотом. Идея заключалась в том, чтобы дополнить традиционные шлифовальные операции более гибким процессом, позволяющим обрабатывать больше деталей через цех.

До внедрения твердого точения компания Reliance производила комплекты штампов и компоненты пресс-форм традиционным способом. Они обтачивали деталь, оставляя шлифовальный материал, затем подвергали термообработке и чистовой шлифовке.

Как и в любой мастерской, стремление доставлять детали как можно быстрее стимулирует поиск альтернативных технологий. Единственным условием, которое компания Reliance наложила на поиск новых способов производства наборов штампов и компонентов пресс-форм, было предоставление своим клиентам деталей, которые были бы такими же или даже лучше, чем те, которые были отшлифованы.

«Сначала мы подходили к токарной обработке методом проб и ошибок, — говорит Джефф Стейс, разработавший процесс токарной обработки в компании Reliance. "Преимущества по сравнению с шлифованием были сразу очевидны для некоторых наших приложений."

Большая часть работ, предназначенных для твердого точения, имеет требования к допуску 0,0005 дюйма. Но с радиусами всего 0,005 дюйма и необходимостью смешивания конусов с радиусами одноточечная токарная обработка имеет явные преимущества перед шлифованием. Конусы внутреннего и наружного диаметра, которые необходимы для углов уклона и геометрии детали, также легко создаются на токарном центре.

«Попытка сохранить малый радиус или создать конусность с помощью шлифовального круга требует частой правки, что замедляет производственный процесс», — говорит г-н Шрибер. "Чистая шлифовка последних двух тысячных также требует много времени, потому что круг нужно править чаще. Чистовой круг с более мелкой зернистостью загружается быстрее, чем черновой круг, который ограничивает скорость съема металла."

Чему они научились

Ключ к успешному жесткому повороту начинается с мягкого поворота. Для достижения стабильной чистоты поверхности и точности размеров закаленных заготовок требуется достаточное количество припуска, оставшегося после черновой токарной обработки перед термической обработкой заготовки.

Геометрические элементы, такие как тонкостенные секции, часто нуждаются в большем припуске для твердого точения из-за тенденции к небольшой деформации при термообработке. Идея состоит в том, чтобы утяжелить тонкие срезы, чтобы иметь достаточный запас для изменения размеров в результате термообработки.

«Наша установка для термообработки хорошо справляется со своей задачей, сводя коробление к минимуму», — говорит г-н Шрибер. «Они используют керамические пластины для заготовок с тонким поперечным сечением, а также другие методы контроля изменения размеров. Мы даже помещаем наши детали в стационарное хранение, прежде чем отправить их на термообработку, чтобы контролировать их консистенцию».

Поддержание одного и того же припуска для жесткого точения важно из-за износа инструмента. Как правило, процесс твердого точения состоит из двух этапов:один или несколько черновых проходов, за которыми следует чистовой проход. Удаление наименьшего количества припуска на черновом проходе экономит производственное время, но, что более важно, экономит инструмент для черновой токарной обработки. «Грубый, резкий износ инструмента повлияет на чистоту поверхности и размер на последнем проходе», — говорит г-н Стейс.

Режущий инструмент Reliance — CBN (кубический нитрид бора). Для очень коротких тиражей или прерывистого резания используется керамика, но она не изнашивается так же хорошо, как CBN для больших производственных циклов.

«CBN обладает большой универсальностью», — говорит г-н Стаес. Однако выбор вставки является ограничивающим фактором. «Мы разрабатываем пластины, и наши поставщики инструмента изготавливают их специально для нас. Мы создаем пластины другой геометрии, переделывая существующие пластины в нужные нам формы», — продолжает г-н Стаес. «Для CBN еще нет разнообразия форм и геометрий пластин, но они улучшаются».

Инструментальная сталь в огранке

Большая часть материала, используемого Reliance, представляет собой инструментальную сталь A-3 и D-2 с закалкой от 48 до 64 Rc. Фрезы с пластинами из CBN хорошо подходят для таких сложных операций токарной обработки.

Хотя CBN является вторым по твердости материалом после алмаза, вставки, изготовленные из CBN, могут быть хрупкими. Некоторые процессы токарной обработки должны быть изменены по сравнению с теми, которые считаются обычными, чтобы учесть эту хрупкость.

Как правило, вставка из CBN изготавливается путем пайки или иного соединения предварительно сформированной кромки материала CBN с твердосплавной подложкой. Это соединение, как правило, является слабым местом для фрезы.

Компоненты штампов и пресс-форм должны иметь высокую точность размеров и отличное качество поверхности. Чтобы достичь этих целей с помощью резкого поворота, г-н Стейс разработал несколько рекомендаций.

«Направление резания в уступе по внешнему или внутреннему диаметру может иметь значение, если требуется жесткий допуск по глубине и шероховатости стенки», — говорит он. «Вместо того, чтобы заходить в забой со стороны внутреннего или наружного диаметра, лучше сначала повернуть стену лицом вниз, чтобы удалить лишний материал. Оставьте от 0,0005 до 0,0010 дюйма припуска для чистового прохода.

«После завершения чернового прохода и удаления большей части припуска можно выполнить чистовой проход в стенку. Удаление оставшихся 0,0010 дюйма или меньше металла снижает давление инструмента на пластину, особенно если это небольшой инструмент с углом в плане. используется геометрия", — говорит г-н Стаес.

При сверлении центральная высота пластины является критическим фактором для успешного удержания размера и качества обработки. Если стержень изгибается, режущая кромка может опуститься ниже центральной линии, что приведет к сокращению срока службы инструмента и ухудшению качества обработки. Г-н Стаес рекомендует твердосплавные расточные оправки для твердого точения. «Они уменьшат проблему изгиба и обеспечат большую глубину», — говорит он.

Температура и условия работы

К тому времени, когда заготовка подвергается жесткой токарной обработке, ее стоимость значительно возрастает. Накопленные затраты включают материал, время черновой обработки и термообработку. Сейчас определенно не время выбрасывать такую ​​деталь.

Когда г-н Стейс точит эти детали, ему нравится следить за инструментами, особенно при использовании CBN. Некоторые изделия можно резать всухую, но на другие негативно влияют повышенные температуры в процессе обработки. Чтобы контролировать это, сохраняя при этом хороший обзор рабочей зоны, Reliance использует воздух из цеха или пистолет с холодным воздухом для поддержания температуры детали.

Закрепление является еще одним фактором, который следует учитывать при изготовлении круглых компонентов штампов и пресс-форм. Округлость является важным параметром для многих из этих деталей, которые часто имеют очень тонкие стенки.

«Мы используем шестидюймовый ручной трехкулачковый патрон, удерживаемый гидравлическим патроном, установленным на токарном станке, — говорит г-н Стаес. «Мягкие кулачки ручного патрона расточены на станке с концентричностью в пределах 0,0005 дюйма».

Методы проверки

Большую часть работы с компонентами штампов и пресс-форм, которую выполняет Reliance, относительно легко проверить на точность размеров и чистоту поверхности. У них есть все необходимое контрольное оборудование, документация и методы отслеживания, чтобы соответствовать требованиям ANSI/ASQC Q9001-1994 и ISO 9000.

Но некоторые из произведенных заготовок не так просто измерить. Компания Reliance разработала интересную методику проверки скрытых элементов идентификаторов и других труднодоступных мест на заготовке.

«Для форм ID и OD мы периодически разрезали кусок пополам, чтобы проверить характеристики», — говорит г-н Шрибер. «Теперь мы используем стоматологический материал [винилполисиликон высокой вязкости], чтобы снять слепок с этой детали. Затем этот материал проверяется на оптическом компараторе. Этот метод хорошо себя зарекомендовал и при правильном применении очень точен».

Партнерство с магазином вакансий

Компания Reliance заработала впечатляющую репутацию производителя круглых компонентов пресс-форм и штампов. «Многие из наших лучших клиентов — это другие инструментальные мастерские, которым нужен наш опыт в производстве круглых деталей», — говорит г-н Шрибер. «Особенно, если появляется приложение, которое трудно отшлифовать. Мы получаем много заказов за то, что усердно точили».

Назовите это партнерством или специализацией:магазины, которые когда-то считали друг друга конкурентами, работают вместе, чтобы поставлять клиентам качественные детали. Это тенденция работы контрактных магазинов, отражающая реалии современной производственной среды.

Такие магазины, как Reliance, предоставляют специализированные услуги другим магазинам по трудоустройству, которым нужны эти специальности. Аналогичным образом, когда компания Reliance сталкивается с проблемой процесса, выходящей за рамки ее возможностей, она обращается за помощью к другим магазинам.

Стандартизация технологической документации с использованием методов ISO 9000 и других помогает магазинам вести совместный бизнес. Изучив технологическую документацию, становится очевидным, может ли магазин делать то, что он говорит.
можно сделать.

Результаты

Reliance, как и большинство других мастерских, находится под сильным давлением со стороны своих клиентов, требующих сократить время выполнения заказов. Это давление вызвано укороченным жизненным циклом продуктов и постоянными программами улучшения в этих компаниях.

В дополнение к изготовлению комплектов штампов и компонентов пресс-форм для других предприятий, Reliance имеет хороший собственный производственный бизнес. Они сами делают многочисленные штамповки.

«Твердая токарная обработка помогла нам сократить сроки доставки нашим клиентам в среднем с 16–18 недель до шести», — говорит г-н Шрибер. «Это также помогло нам получить заказы от других мастерских по изготовлению штампов и пресс-форм, которые не имеют опыта токарной обработки, но видят преимущества твердого точения по сравнению со шлифованием для некоторых применений.

«Наш собственный штамповочный цех стал, по сути, площадкой для бета-тестирования новых процессов и методов. Мы тестируем их сами, прежде чем пробовать их на клиентском приложении», — добавляет г-н Шрибер.

Похоже, что для Reliance жесткий поворот работает. Продажи выросли на 44 %, клиентская база расширяется, и прогнозируется, что в ближайшие несколько лет рост составит от 15 до 20 %.