Экспертные мастерские по штампам и литьевым формам для точных круглых компонентов

Для многих подрядных мастерских в производстве работа по штампам и литьевым формам обычно относится к изготовлению деталей, которые асимметричны. Листовые металлические компоненты имеют разные формы, а литые под давлением пластиковые детали варьируются от телефонов до корпусов компьютеров.

Однако в мире изготовления штампов и литьевых форм существует множество деталей, которые круглые. Крышки, уплотнения, прокладки, чтобы назвать лишь несколько, — это детали, которые требуют компонентов штампов и литьевых форм, которые круглые.

Много написано об обработке штамповок и литейных форм для асимметричных деталей. В этой статье фокус на твердом точении как применяемом к изготовлению компонентов штампов и литьевых форм для производства многочисленных металлических и пластиковых деталей, которые круглые.

Чтобы узнать об этой производственной нише, мы посетили Reliance Tool and Manufacturing (Элгин, Иллинойс). Это 50-летняя подрядная мастерская, которая развила специальность в твердом точении и использует его для изготовления компонентов штампов и литейных форм, производящих круглые продукты.

Мы поговорили с Дейлом Шрайбером, менеджером завода, чтобы узнать, как Reliance استفادة от твердого точения в своих производственных процессах.

Прогрессивные и комбинированные штампы

Штампы включают ряд компонентов. Это часто отдельные детали, которые монтируются на верхнюю и нижнюю части штамповок. Этот дизайн позволяет делать регулировки на отдельных компонентах штампа, а не на всей единице.

В прогрессивном штампе катушки листового металла подаются между верхней и нижней половинами штампа. Каждый раз, когда пресс закрывается, готовая деталь выталкивается на конце пресса.

Прогрессивный штамп может иметь две, четыре или даже 16 разных станций для генерации полной штамповки. После завершения прессом хода катушка подается от одной станции штампа к следующей. Некоторые штампы спроектированы для прогрессивной штамповки плоской формы и затем складывания штамповки в 3D деталь. Все это делается в одном прессе на одном прогрессивном штампе.

Комбинированные штампы отличаются от прогрессивных тем, что они создают полную штамповку за один ход пресса. Комбинированные штампы формируют, пробивают отверстия и формируют заготовку все за один удар пресса.

Как и прогрессивные штампы, комбинированные штампы также изготавливаются из компонентов, монтируемых на верхних и нижних плитах. Именно эти компоненты Reliance производит и собирает в полные комплекты. Для большинства их клиентов эти компоненты круглые.

Почему твердое точение?

Примерно шесть лет назад Reliance начала экспериментировать с твердым точением. Идея заключалась в дополнении традиционных шлифовальных операций процессом, который был более гибким и мог пропускать больше деталей через мастерскую.

До внедрения твердого точения Reliance изготавливала свои штампы и компоненты литьевых форм традиционным способом. Они грубо точили деталь, оставляя припуск на шлифовку, затем закаляли и доводили шлифовкой.

Как и любая подрядная мастерская, давление доставлять детали всё быстрее движет большую часть поиска альтернативной технологии. Единственное условие, которое Reliance наложила на рассмотрение новых способов производства штампов и компонентов литьевых форм, было дать своим клиентам детали, которые были такими же хорошими или лучше, чем те, что были отшлифованы.

«Сначала наш подход к твердому точению был проб и ошибок», — говорит Джефф Стаес, разработавший процесс твердого точения в Reliance. «Преимущества над шлифовкой были сразу очевидны для некоторых наших применений».

Большая часть работы, отведённой для твердого точения, имеет требования по допуску 0,0005 дюйма. Но с радиусами до 0,005 дюйма и необходимостью соединять конусы с радиусами, однорезецкое точение имеет четкие преимущества над шлифовкой. Конусы, как внутренние, так и внешние, которые необходимы для углов наклона и геометрии детали, также легко генерируются на токарном центре.

«Попытка сохранить крошечный радиус или сгенерировать конусы шлифовальным кругом требует частого правки, что замедляет производственный процесс», — говорит г-н Шрайбер. «Доводочная шлифовка последних пары тысяч долей также трудоемка, потому что круг должен правиться чаще. Мелкое зерно доводочного круга забивается быстрее, чем грубое грубого круга, что ограничивает скорость удаления металла».

Что они узнали

Ключ к успешному твердому точению начинается с мягкого точения. Достижение последовательных шероховатостей поверхности и размерных точностей на закаленных заготовках требует правильного количества припуска, оставленного после грубого точения перед закалкой заготовки.

Геометрические особенности, такие как тонкостенные секции, часто должны иметь больше припуска для твердого точения из-за тенденции слегка деформироваться при закалке. Идея — усилить тонкие секции, чтобы иметь достаточно припуска для компенсации размерных изменений от закалки.

«Наш закальщик делает хорошую работу, держа деформацию на минимуме», — говорит г-н Шрайбер. «Они используют керамические пластины для деталей с тонкими поперечными сечениями вместе с другими техниками для контроля размерных изменений. Мы даже укладываем наши детали в стойки перед отправкой на закалку для контроля согласованности».

Поддержание того же припуска для твердого точения важно из-за износа инструмента. Обычно процесс твердого точения состоит из двух этапов: один или несколько грубых проходов, за которыми следует доводочный проход. Удаление наименьшего количества припуска на грубом проходе экономит производственное время, но что важнее, экономит грубый инструмент твердого точения. «Износ грубого инструмента твердого точения повлияет на шероховатость и размер на финальном проходе», — говорит г-н Стаес.

Резец выбора Reliance — CBN (кубический нитрид бора). Для очень коротких серий или прерывистых резов используются керамики, но они не изнашиваются так хорошо, как CBN для более крупных производственных серий.

«CBN имеет великолепную универсальность», — говорит г-н Стаес. Выбор вставок является ограничивающим фактором, однако. «Мы проектируем вставки и заказываем их специально для нас у наших поставщиков инструментов. Мы создаем другие геометрии вставок, перерабатывая существующие вставки в формы, которые нам нужны», — продолжает г-н Стаес. «Еще нет такого разнообразия форм и геометрий вставок для CBN, но это становится лучше».

Инструментальная сталь в резе

Большая часть материала, используемого Reliance, — это инструментальные стали A-3 и D-2, закаленные между 48 и 64 HRC. Вставки CBN хорошо работают на этих приложениях твердого точения.

Хотя CBN является вторым по твердости материалом после алмаза, вставки из CBN могут быть хрупкими. Некоторые точечные процессы нужно модифицировать от того, что считается конвенциональным, чтобы учесть эту хрупкость.

В общем, вставка CBN изготавливается пайкой или иным образом соединением предварительно сформированного режущего ребра из материала CBN с карбидным подложкой. Этот шов склонен быть слабой точкой для режущего инструмента.

Компоненты штампов и литьевых форм должны иметь высокую размерную точность и отличную шероховатость поверхности. Для достижения этих целей с использованием твердого точения г-н Стаес разработал несколько рекомендаций.

«Направление реза в плечо на внешнем или внутреннем диаметре может быть фактором, если требуется близкий допуск на глубине и шероховатость стенки», — говорит он. «Лучше не входить в торец с внутреннего или внешнего диаметра, а сначала соскабливать стенку вниз, чтобы удалить лишний материал. Оставьте между 0,0005 и 0,0010 дюйма припуска для доводочного прохода.

«С завершением грубого прохода и удалением большей части припуска, доводочный проход может быть сделан в стенку. Удаление оставшихся 0,0010 дюйма или менее металла кладет меньшее давление на вставку, особенно если используется геометрия инструмента с малым углом атаки», — говорит г-н Стаес.

При растачивающих операциях центральная высота вставки является критическим фактором для успешного удержания размера и шероховатости. Если стержень гнется, он может опустить режущий край ниже центральной линии, приводя к сокращению срока службы инструмента и плохой шероховатости. Г-н Стаес рекомендует твердосплавные стержни для растачивания при твердом точении. «Они уменьшат проблему гнутия и дадут большую глубинную способность», — говорит он.

Температурные и зажимные соображения

К тому моменту, когда заготовка твердо точится, её стоимость значительно увеличилась. Накопленные затраты включают материал, время грубой обработки и закалку. Это определенно не время браковать такую деталь.

Когда г-н Стаес точит эти детали, он любит следить за инструментами, особенно при использовании CBN. Некоторые применения можно резать сухо, но другие негативно влияют на повышенные температуры от процесса обработки. Для контроля этого, сохраняя при этом четкий обзор зоны резания, Reliance использует мастерскую сжатый воздух или холодный воздушный пистолет для поддержания температуры детали.

Зажим — еще одно соображение для изготовления круглых компонентов штампов и литьевых форм. Круглость — критический размер для многих из этих деталей, которые часто очень тонкостенные.

«Мы используем шестидюймовый ручной трехлапчатый патрон, удерживаемый гидравлическим патроном, смонтированным на токарном центре», — говорит г-н Стаес. «Мягкие лапки на ручном патроне растачиваются на станке в пределах 0,0005 дюйма концентричности».

Методы контроля

Большая часть работы по компонентам штампов и литьевых форм, которую делает Reliance, относительно легко инспектировать на размерную точность и шероховатость поверхности. У них есть все необходимое инспекционное оборудование, документация и техники прослеживаемости для квалификации по ANSI/ASQC Q9001-1994 и ISO 9000.

Но некоторые заготовки, производимые ими, не так легко измерить. Reliance разработала интересную технику для проверки скрытых особенностей во внутренних диаметрах и других труднодоступных местах на заготовке.

«Для форм внутреннего и внешнего диаметров мы раньше периодически резали деталь пополам, чтобы проверить особенности», — говорит г-н Шрайбер. «Теперь мы используем стоматологический материал [винилполисилоксан высокой вязкости] для снятия оттиска особенности. Этот материал затем проверяется на оптическом компараторе. Это техника, которая хорошо работала для нас и очень точна, когда делается правильно».

Партнерство подрядных мастерских

Reliance построила впечатляющую репутацию по производству круглых компонентов штампов и литьевых форм. «Многие из наших лучших клиентов — это другие инструментальные мастерские, которым нужна наша экспертиза в производстве круглых деталей», — говорит г-н Шрайбер. «Особенно если встречается применение, трудное для шлифовки. Мы получаем много бизнеса для твердого точения».

Называйте это партнерством или специализацией, мастерские, которые могли бы когда-то считать друг друга конкурентами, работают вместе, чтобы доставлять хорошие детали клиентам. Это тренд в операции подрядных мастерских, отражающий реалии современной производственной среды.

Мастерские вроде Reliance предоставляют специализированные услуги другим подрядным мастерским, которым нужны эти специальности. Точно так же, когда Reliance сталкивается с процессной проблемой за пределами своих возможностей, она обратится за помощью к другим мастерским.

Стандартизация процессной документации с использованием техник ISO 9000 и других помогает мастерским делать бизнес вместе. Легко увидеть, просматривая процессную документацию, может ли мастерская сделать то, что говорит, что может.

Результаты

Reliance, как почти любая другая подрядная мастерская, находится под экстремальным давлением от своих клиентов сократить сроки выполнения. Это давление генерируется сокращенными жизненными циклами продуктов и программами непрерывного улучшения внутри этих компаний.

Помимо изготовления компонентов штампов и литьевых форм для других бизнесов, Reliance имеет приятное внутреннее штамповочное дело. Они делают многочисленные штамповки своих.

«Твердое точение помогло нам сократить сроки поставки нашим клиентам со средних 16–18 недель до шести», — говорит г-н Шрайбер. «Оно также принесло нам бизнес от других мастерских по штампам и литьевым формам, у которых нет экспертизы в точении, но которые видят преимущества твердого точения над шлифовкой для некоторых применений.

«Наша собственная штамповочная операция стала, в сущности, бета-тестовым сайтом для новых процессов и техник. Мы пробуем их сами перед тем, как пробовать на приложении клиента», — добавляет г-н Шрайбер.

Для Reliance твердое точение, кажется, работает. Продажи выросли на 44 процента, клиентская база расширяется, и рост прогнозируется на ближайшие несколько лет между 15 и 20 процентами.