Хидравлични преси за горещо щамповане

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 1/2018 • 16.02.2018

Хидравлични преси за горещо щамповане
Хидравлични преси за горещо щамповане

Използването на технология за горещо щамповане, наричано още “закаляване чрез щамповане”, е един от ключовите подходи, които производителите използват за производството на много здрави и леки структурни компоненти за превозни средства. Горещото щамповане буквално оформя много гореща борова стомана. Загряването на стоманата я прави гъвкава за формоване и елиминира някои от проблемите, като напукването, свързани с формоване на твърди метали при стайна температура. Свойствата на боровата стомана са тези, които я правят изключително твърда, когато се нагрее до ултрависоки температури и след това бързо се охлади.

Етапи
Процесът на горещо щамповане включва няколко етапа. Първата стъпка е избор на заготовка и нейното поставяне в пещ, за да се загрее до над 900°C. След това заготовката се прехвърля на щамповъчната преса, където се оформя и впоследствие се охлажда с бърза закаляваща стъпка. Накрая заготовката автоматично се изважда от пресата.
Автоматизираното поставяне и изваждане на материала в пещта и пресата е необходимо с цел гарантиране на безопасно манипулиране с него, тъй като той преминава през високи температури и бързо охлаждане. Автоматизацията може да бъде чрез робот или високоскоростен подавач. Примери за автомобилни компоненти, които понастоящем се произвеждат с процес на хидравлично горещо щамповане, са: греди за врати, шини за покриви, колони за тела, брони, подсилени тунели и др.

Прес-рамки
Двата типа прес-рамки, които най-често се използват в хидравличните преси за горещо щамповане, са тези с предварително напрегнати рамки на корпусите и монолитните рамки.
Предварително напрегнатата пресова рамка на корпуса се състои от отделни структурни компоненти, включващи леглото, плъзгача, корпусите, четирите направляващи и обикновените и предварително напрегнатите гайки. Тази конструкция на прес-рамката е необходима, когато тя е твърде голяма, за да бъде доставена като едно цяло и по този начин може да бъде разглобена за транспортиране и сглобена отново на работното си място.
Прес-рамките с монолитна конструкция се изработват чрез заваряване от унифициран материал, който е термично отвърнат, преди да бъде окончателно обработен. Тъй като е изработена от едно цяло парче, подобна конструкция на рамката предлага опростен монтаж. Тази опция е възможна, когато размерът на рамката е достатъчно малък, за да бъде доставена тя като самостоятелна единица. Такава конструкция обикновено излиза по-евтина от предварително напрегната прес-рамка със същия размер.

Независимо от дизайна, всички рамкови структури се проектират посредством софтуер за 3D моделиране и се оптимизират чрез инструменти за анализ на крайни елементи, за да се гарантира, че ще издържат на очакваните деформации и напрежения. Това е особено важно при хидравличните преси за горещо щамповане, при които има условия за натоварване с изместен център (ексцентрично) по време на щамповъчния цикъл.
В повечето линии за горещо щамповане процесът протича през предната и задната страна на пресата, което налага смяната на матрицата да се извършва през едната или двете страни на пресата. Важно е рамката на пресата да бъде изработена със странични отвори, достатъчно големи, за да позволяват матриците и свързаните с тях периферии да могат да бъдат поставяни и отстранявани съответно от едната страна или от двете страни на конструкцията съобразно дизайна.

Направляващи системи
Оптималната направляваща конфигурация за хидравлична горещощамповъчна преса е регулируема система от 8-точков тип. Централизирана автоматична технология за смазване минимизира поддръжката и осигурява непрекъснато смазване на компонентите на направляващата система. Плъзгачът трябва да бъде проектиран с голямо съотношение между дълбочина и ширина.
Комбинацията с 8-точково направляване осигурява висока степен на механично водене по време на формовъчния цикъл. На водещите повърхности на прес-рамката се монтират подменяеми, прецизно шлифовани закалени облицовки. Капаците на направляващите повърхности са опция за по-добра защита на направляващата система.

Скорост на отваряне и затваряне
Тъй като загрятата заготовка започва да се охлажда бързо веднага след като е извадена от пещта, е от критично значение пресата много бързо да се затваря и да генерира тонаж, за да формира детайла. Автоматизираното зареждане на детайли обикновено изисква пресата да се отвори значително, за да осигури достатъчен достъп. Отварянето на толкова голям клирънс прави още по-критична за процеса скоростта, с която пресата може да се отваря и затваря. Обикновено са необходими скорости на затваряне от 500 до 1000 mm в секунда.

Оптималната преса за горещо щамповане включва три главни цилиндъра, посредством които потокът от всички помпи на хидравличната система да може да бъде насочен към централния цилиндър по време на предварителния цикъл на пресоване. Това позволява газовите пружини да се свият в инструмента или предварителното притискане на заготовката да се извърши при по-ниски тонажи и високи скорости. Останалите цилиндри трябва да бъдат предварително напълнени, така че те да бъдат готови да се задействат с пълен тонаж веднага, щом се наложи.
За фазата на окончателното пресоване или поддържане и втвърдяване в цикъла на пресоване, налягането във всички главни цилиндри се изравнява, така че да се постигне пълен тонаж.

Необходима е контролирана декомпресия и отваряне за завършване на цикъла, за да се предотврати обратен натиск от газовите пружини на инструмента, което може да доведе до неконтролирано връщане на плъзгача. След този етап са необходими високи скорости на отваряне, за да се съкрати допълнително общото време на цикъла. Скоростта на бързо връщане (отваряне) обикновено е подобна на скоростта на бързо притискане (затваряне).

Тонаж
Хидравличните и управляващите системи на хидравличните преси за горещо щамповане трябва да подлежат на напълно програмируемо и повторяемо управление на натиска. Това оптимизира процеса и намалява консумацията на енергия.
Пресата трябва да може да генерира достатъчно тонаж, за да формира детайла и да го задържи и втвърди, но трябва да се избягва и прекомерният натиск. Прекалено големият прилаган тонаж може да доведе до излишна консумация на енергия и износване на инструментите.
След като се установят и запазят оптимални параметри за всеки детайл, управлението на пресата трябва да осигури точен и повторяем цикъл, за да се гарантират постоянно качество на детайлите и високи производствени скорости.

Натоварвания с изместен център (ексцентрични)
Натоварването на пресата трябва да бъде напълно балансирано, когато са налице условия за това. Ексцентричните натоварвания винаги трябва да се минимизират във възможно най-голяма степен. В практиката обаче понякога възникват обстоятелства, които водят до ограничени натоварвания с изместен център, включително използването на няколко матрици едновременно или многоточкови матрици, предназначени да произвеждат едновременно множество детайли.
Ограничени ексцентрични натоварвания могат да бъдат изпълнени чрез тежки пресови рамки и направляващи системи, а също и чрез използване на по-дълбок плъзгач. Друга възможност е да се включи система със сероконтрол за осигуряване на успоредно плъзгане. И двата варианта могат ефективно да намалят въздействието на ексцентричните товари, но да увеличат цената на пресата.
Препоръчително е предварително обсъждане с производителя на пресата, за да се гарантира, че е проектирана да осигури съответното потенциално ексцентрично натоварване.

Бърза смяна на матрици
Съществуват много възможности за бърза смяна на матриците в хидравличните преси за горещо щамповане. Най-често срещаните са T-тип матрични маси, каретки за матрици и подвижни опори.
T-тип матричните маси, които могат да бъдат монтирани на всяка от страните на пресата, използват устройства за изтласкване или изтегляне, за да се замени с нова използваната вече матрица и тя да се извади извън пределите на пресата. Отделно устройство за повдигане прехвърля матрицата върху отделна направляваща, например в посока отпред-назад, където тя ще заеме индексираното си място, като позволи на следващата предварително зададена матрица да се прехвърли в пресата.

Двойните матрични каретки се използват по същия начин като матричните маси тип “Т” и могат да се придвижват далеч от пресата, но по фиксирани релси. Фиксираните релси позволяват достъп до страните на пресата за поддръжка и за други цели, които в противен случай биха били недостъпни при устройство с фиксирано местоположение, като например матрична маса.

В практиката се използват единични или двойни подвижни опори, като единичните подвижни опори не позволяват предварителна настройка на следващата матрица преди прехвърлянето и в пресата. Двойните подвижни опори изискват значително пространство от двете страни на пресата, тъй като докато излизат от едната страна на пресата със старата матрица, от другата страна следващата матрица трябва да навлезе в работното пространство.
Ако пространствените ограничения не позволяват това, може да се използва T-образна конфигурация на подвижните опори, която да позволява и двете опори да използват една и съща страна на пресата. Това обаче е най-скъпото решение, тъй като са необходими допълнителни приспособления за повдигане, задвижване и фиксирани релси.

Плъзгачът трябва да включва автоматични подвижни скоби, напълно интегрирани с главната система за управление на пресата, за да се улеснят бързите смени на матриците. Ръчните скоби обикновено са достатъчни за затягане на долната половина на матрицата, тъй като те могат да бъдат отстранени с по-бавно темпо по време на предварителната настройка, след като е била извършена смяна на матрицата.

Системите за бързо съединяване с връзка от много куплунги позволяват бързото прекъсване и свързване на линиите, необходими за пресоването, включително охлаждането и спомагателните устройства. Те трябва да бъдат прекъснати преди изваждането на матрицата от пресата. Независимо каква е избраната опция за трансфер е важно тя да включва предварителна настройка, което значително намалява времето за престой между смените на матриците.

Безопасност на персонала
Защитните прегради и вратите, с които са снабдени линиите за горещо щамповане, трябва да бъдат интегрирани с пресата, за да се гарантира, че тя няма да работи, ако персоналът е в опасна позиция.
Пресата трябва да разполага с устройство за заключване на плъзгача, за да може той да бъде фиксиран в напълно отворено положение при смяна на матриците и дейности по поддръжка. Блокировките, свързани с предпазното реле на пресата, трябва да се използват всеки път, когато персоналът ще работи в работната зона на пресата по някаква причина.

Могат да се осигурят странични ролкови врати за допълнително ограничаване на достъпа до пресата, докато тя работи. По желание, опционални светлинни завеси могат също да се поставят отстрани на пресата, за да се предпази персоналът от движение на пресата, докато вратите са отворени за смяна на матрици и поддръжка.
Препоръчително е да се осигурят още платформа за достъп и корпус за хидравличния модул, монтиран на пресата, за да са защитени техниците, когато се качват до върха на пресата за извършване на дейности по поддръжка и обслужване на машината. Предпазното съоръжение трябва да включва стeпенки или стълба за достъп до платформата. Подпружинен люк отгоре не би позволил на персонала случайно да пропадне през отвора.

Новият Специален брой: Машини, технологии, оборудване за Industry 4.0/2018

Специален брой: Машини, технологии, оборудване за Industry 4.0-2018

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top