Листоштамповочное оборудование

1. Общие сведения о производстве штампованных изделий

Во многих отраслях промышленности для изготовления полуфабрикатов и готовых деталей как в массовом, так и в мелкосерийном производстве активно применяют штампованные изделия из листовых материалов. Это объясняется широкими возможностями технологии листовой штамповки, высокой производительностью, стабильным качеством и надежностью листоштамповочного оборудования, обеспечивающего производство изделий высокого качества при сравнительно низкой себестоимости.

При обработке листовых материалов используют ножницы для резки, прессы для вырубки, пробивки, гибки, формоизменения (неглубокой и глубокой вытяжки), обжима труб и отбортовки отверстий. Формоизменение листового материала осуществляют с помощью листоштамповочных механических (кривошипных и эксцентриковых) и гидравлических прессов, а также лазерных и плазменных прессов, магнитно-импульсных и гидроимпульсных машин.

На современном рынке листоштамповочного оборудования широко представлены надежные конструкции российских, а также известных зарубежных производителей.

Отличия оборудования российских и зарубежных производителей в основном относятся к технике и гибкости управления, а также уровню сервисного обслуживания. В то время как все известные зарубежные производители перешли на ЧПУ и сервисное обслуживание в течение жизненного цикла оборудования уже в конце 90-х гг. ХХ в., российские производители остановились на ручном управлении и обслуживании в течение гарантийного срока.

Так, на российском рынке известная компания «Amada» (Япония) предлагает гильотинные ножницы, листогибочные прессы серии NFT номинальной силой 500…2200 кН, длиной реза 2000…4000 мм с ЧПУ, серии СВ 2000, роботизированные листогибочные комплексы Аsto-100 NT силой 980 кН, длиной линии гибки 2000 мм с сервогидравлическим приводом и системой ЧПУ, с роботом грузоподъемностью 20 кг с пятью программируемыми осями. Программное обеспечение охватывает широкий спектр технологий листоштамповочного производства: пробивку и резку листового материала. В настоящее время наблюдается переход многих зарубежных производителей на еще более перспективное интегральное числовое программное (и программно-адаптивное) управление, мониторинг и диагностику кузнечно-штамповочного оборудования, который ставит перед российскими производителями задачу в кратчайшие сроки модернизировать конструкции и системы управления оборудованием, чтобы выдержать конкуренцию на рынке. В то же время в последние годы наблюдается заметное повышение активности российских производителей листоштамповочного оборудования. Уступая зарубежным аналогам в некоторых случаях в технике обслуживания, гибкости или отсутствии систем ЧПУ, оформлении и цветовой гамме внешнего вида (дизайне), российское оборудование привлекает более низкими ценами при высоком или приемлемом качестве и обоснованными техническими характеристиками.

2. Ножницы для резки листовых и профильных материалов

Для разделения листовых и профильных материалов применяют механические (кривошипные) и гидравлические ножницы с наклонным ножом, гильотинные, аллигаторные, дисковые ножницы с вращающимися ножами (табл. 1—15.3).

Для разделки листа на полосы наибольшей толщины и ширины применяют ножницы с наклонным ножом. Современные ножницы с наклонным ножом и гильотинные оборудуют системами ЧПУ, механическим, пневматическим или гидравлическим механизмом прижима листа. Ножницы имеют сварную станину и электромеханический привод с защитой от перегрузок. Двигатель раскручивает маховик и посредством фрикционной муфты момент передается на кривошипный вал, который формирует рабочее перемещение ножа. Регулировка на заданную толщину листа для получения оптимального качества реза выполняется с помощью вспомогательных механизмов. При резке листа малоуглеродистой стали зазор должен составлять 5…10 % толщины листа. На панели управления имеются главный выключатель, аварийный останов, сигнальная лампа режима работы ножниц и переключатель режима резки; одиночная непрерывная резка до команды «Стоп».

Таблица 1. Ножницы гильотинные

Таблица 2. Ножницы комбинированные

Таблица 3. Рычажные ножницы (Чехия)

Ножницы высечные

Параметры

Наибольшая толщина металла, мм………………………………………….4

Габаритные размеры, мм …………………………………………. 2280x1100x1850

Масса, кг ……………………………………………………………………………..1300

Мощность двигателя, кВт ………………………………………………………….. 2,2

Применение электронного позиционирующего устройства повышает скорость работы при высокой точности реза, позволяет сохранять параметры резки для различных материалов и размеров листа. Задний упор через шариковинтовую передачу перемещается электродвигателем постоянного тока, управляемым кодирующим устройством с точностью до 0,1 мм.

Для продольной резки листового или рулонного материала на полосы (или обрезки кромок), а также для различной фигурной резки применяют дисковые ножницы. Двухдисковые ножницы, оснащенные вместо ножей профильными роликами, можно использовать для отбортовки и гибки материала.

По числу ножей дисковые ножницы подразделяют на однодисковые, двухдисковые и многодисковые. Однодисковые имеют неподвижно закрепленный на станине прямой нож и нож-диск, разрезающий материал, который крепят на подвижной каретке. Кроме резки материала под прямым углом, можно за счет наклона дискового ножа осуществлять резку под углом 30…35 с подготовкой кромки под сварку.

Двухдисковые ножницы подразделяют на три группы: с параллельным расположением ножей, наклонным расположением нижнего ножа и с наклонными под углом 45 нижним и верхним ножами. Наиболее распространены ножницы с наклонным расположением нижнего и верхнего ножей.

Отечественные производители, например ОАО «Долина» (Кувандык), предлагают кривошипные ножницы серии НЛ с механической и пневматической муфтой для резки листовых материалов толщиной до 20 мм, шириной до 2000 мм, комбинированные пресс-ножницы и сортовые ножницы для резки сортового и фасонного проката, а также высечные и ручные ножницы. ОАО «Донпрессмаш» (Азов) изготавливает ножницы кривошипные с наклонным ножом для резки листа толщиной 2…32 мм, шириной 1020—3150 мм; АПК ПО, (Воронеж) — гильотинные для листа толщиной 4…32 мм, шириной 2000…3150 мм, многодисковые для листа толщиной 0,1…1,2 мм и шириной 400 мм. Нелидовский завод ЗАО «Нелидовпрессмаш» — механические (кривошипные) с пневматической и электромеханической муфтой, гильотинные ножницы широкой номенклатуры для резки листа с характеристикой толщины и ширины от 2,5 1600 до 32 3150 мм, а также комбинированные для резки полосы, круга, уголка, аллигаторные — для резки скрапа и другие конструкции. Для резки листов на этом предприятии изготавливают также гидравлические ножницы с поворотной балкой серии ИВ21 размерами (ширина листа толщина) от 1600 6 до 4000 3,5; гидравлические гильотинные ножницы мод. Н37216, НГ 3418 для резки листа толщиной от 6 до 12,5 мм.

Повышенным спросом пользуется продукция одной из зарубежных компаний «ИрленРос». Технические характеристики продукции представлены в табл. 4 и 5 и на рис. 1.

Гидравлические гильотинные ножницы модели СН (табл. 4) имеют монолитный сварной стальной каркас, отличающийся повышенной жесткостью. Для регулировки технологического зазора используются игольчатые подшипники, что позволяет достигнуть высокой точности резки. Регулирование зазора между ножами производится с одной стороны станка. Задний упор на двух шариковинтовых парах обеспечивает повышенную прочность. Точность отхода заднего упора осуществляется с помощью контроллера Panasonic (touch screen). Ножницы имеют переносную педаль с функцией аварийного останова, кронштейны для поддержки листа длиной 1000 мм со складывающимися упорами и миллиметровой линейкой, шариковые опоры на рабочем столе для удобной подачи листа, закаленные верхние и нижние ножи с четырьмя режущими кромками для резки нержавеющей стали, гидравлический распределительный блок с самовыравнивающимися клапанами немецкой фирмы

«Hoerbiger»; высокоскоростные гидравлические насосы с пониженным уровнем шума; систему регулирования давления прижимов, педаль управления для режима скорости, обеспечивающую, резку с номинальной скоростью и быстрый возврат в исходное положение. В системе используются гидравлическое масло, электромоторы с корпусом из перлитного литья, рассчитанные на постоянное действие с максимальным давлением, счетчик резки (в том числе и обратный), упрощенная система ввода данных, доступная большинству операторов, подсветка зоны реза.

Таблица 4. Технические характеристики гильотинных ножниц мод. СН

Рис. 1. Гидравлические гильотинные ножницы

Таблица 5. Технические характеристики гильотинных ножниц, мод. CHVG

В качестве мер безопасности предусмотрены:

• ограждение в задней части машины, прекращающее работу станка в случае проникновения в опасную зону;
• модульное программируемое реле безопасности PNO2 multi;
• кнопка аварийного останова, расположенная в верхней части переносной педали;
• фронтальный и боковые защитные кожухи марки LEXAN, обеспечивающие полный обзор рабочей зоны.

Модели CHVG являются упрощенными моделями СН. В них отсутствуют контроллеры, а управление осуществляется с кнопочной панели. Зона реза — 3100 мм, толщина материала 6; 8; 10; 13 мм. Ручной и автоматический режимы работы (табл. 5).

3. Прессы листоштамповочные

Листоштамповочные прессы с механическим, электрическим, кривошипным и гидравлическим приводом подразделяют на прессы простого, двойного и тройного действия. Прессы простого действия (с одним рабочим ползуном) относят также к универсальным прессам. Они предназначены для выполнения операций листовой штамповки: вырубки, пробивки, гибки, неглубокой формовки и вытяжки с прижимом фланца гидравлической подушкой, встроенной в стол. Прессы двойного действия с двумя рабочими ползунами (прижимным наружным и вытяжным внутренним) предназначены для операций глубокой вытяжки, требующих прижима фланца листовой заготовки. В прессах тройного действия, кроме двух ползунов, как у прессов двойного действия, предусматривается дополнительный третий ползун в столе пресса для проведения операций вытяжки с противодавлением (табл. 6).

Одностоечные механические (кривошипные) прессы силой от 0,4 до 2,5 МН по ГОСТ 9753—86 имеют два конструктивных варианта: 1-го исполнения — правильные, 2-го исполнения — базовые, с гидроподушкой, гидроподушкой и шиберным устройством, с поворотным столом. На универсальных прессах простого действия выполняют как разделительные, так и формоизменяющие операции листовой штамповки.

В прессовых цехах заводов с серийным и массовым характером производства универсальные однокривошипные открытые прессы простого действия получили наиболее широкое применение. Это связано с легкостью и простотой переналадки, соответствием параметров технической характеристики прессов выполняемым технологическим операциям.

Из отечественных производителей механические листоштамповочные прессы изготавливают: ОАО «Барнаульский завод механических прессов» — мод. КК2126 — КК2135 с номинальной силой 400…3150 кН; ЗАО «Тяжелые механические прессы» (ТМП) (Воронеж) — мод. К3040, 3542, 3045, КА3040, 3540 с номинальной силой 10, 16 и 31,5 МН, мод. К4036, 4039А, 4040, 4042, К4536, КА4537, 4538 с номинальной силой 4, 5, 6,3; 8, 10, 12,5 и МН. На ЗАО «Нелидовпрессмаш» изготавливают кривошипные прессы простого действия серий КД21, КИ21, КЕ21, КВ21 с номинальной силой 40…2500 кН. ОАО «Сальский завод КПО» предлагает механические прессы силой 250…630 кН, а также автоматизированные комплексы для штамповки из полос и ленты.

Таблица 6. Параметры гидравлических одностоечных прессов

Двухкривошипные закрытые (двухстоечные) прессы простого действия серии КЗ, КАЗ применяют для штамповки из листовых материалов средних и крупных по габаритам изделий (деталей), требующих операций вырубки, гибки, формовки, неглубокой вытяжки и других операций холодной листовой штамповки.

Четырехкривошипные закрытые прессы простого действия серии К4, КА4 применяют в автомобильной и автотракторной промышленности для изготовления из листовых материалов крупногабаритных изделий (деталей) с применением операций гибки, формовки, неглубокой вытяжки, калибровки, вырубки и обрезки.

Гидравлические прессы позволяют получать большие усилия благодаря высокому давлению рабочей жидкости в цилиндре (см. табл. 6).

Рис. 2. Электромагнитный пресс: 1 — обмотка; 2 — якорь; 3 — пружина

Пневмогидравлические прессы имеют силовое устройство, состоящее из пневматического цилиндра и гидравлического усилителя. Рабочее усилие на штоке создается давлением масла на поршень; подъем штока производится сжатым воздухом, направляемым на поршень. По такой схеме созданы прессы, развивающие усилие до 75 кН.

Электромагнитные прессы применяют при усилиях запрессовки до 15 кН (рис. 2).

Таблица 7. Механические прессы

Сведения об отечественных механических прессах приведены в табл. 7.

4. Вытяжные прессы листоштамповочные

Такие прессы изготавливают с одним, двумя и четырьмя кривошипными валами (табл. 8). Они предназначены для изготовления деталей из листового проката с использованием операций глубокой вытяжки и формовки с прижимом. Эти операции отличаются увеличенным рабочим ходом, требуют в период рабочего хода прижима фланца заготовки, а после штамповки — выталкивания отштампованного изделия из штампа. Указанные требования частично выполняются на прессах простого действия с пневмоподушками, однако для вытяжных операций возможности прессов простого действия ограничены. Вытяжные прессы являются специализированным оборудованием, наиболее полно отвечающим требованиям получения качественных изделий вытяжкой. Прессы трех серий — однокривошипные К04, КБ5; двухкривошипные К6, КА6; трехкривошипные К7, КБ7 — изготавливают различных размеров.

Таблица 8. Прессы кривошипно-коленные для холодной объемной штамповки

В зависимости от числа позиций листовой штамповки прессы могут быть однои многопозиционными. По направлению движения деталей — с использованием операций вытяжки и формовки. Эти операции отличаются увеличенным рабочим ходом, требуют в период рабочего хода прижима фланца заготовки, а после штамповки — выталкивания отштампованного изделия из штампа.

Листоштамповочные гидравлические прессы простого действия серии ПЗ (П3440, П3046) ОАО «Тяжпрессмаш» (Рязань) изготавливают номинальной силой 10…40 МН для формовки, вырубки-пробивки, обрезки, неглубокой вытяжки изделий из листовых заготовок. Гидропрессы двойного действия серии П2, П4 (П233, П236Б, П4642, ПП4644) ОАО «Тяжпрессмаш» (Рязань) изготавливают с гидроподушкой номинальной силой 8…25 МН. Их применяют для холодной (и горячей) штамповки — вытяжки изделий из листовых заготовок.

Гидравлические прессы простого действия серии П63 с номинальной силой 40…2500 кН и серии ДГ24 силой 630…2500 кН изготавливают также на заводе «Нелидовпрессмаш».

Привод гидравлических прессов для штамповки листовых заготовок в холодном состоянии преимущественно насосный с насосами постоянной и регулируемой подачами. Для штамповки листа в горячем состоянии применяют насосно-аккумуляторный привод, обеспечивающий скорость хода приближения 125…250 мм/с, рабочего хода 16…32 мм/с, возвратного — 110…350 мм/с.

Листоштамповочные прессы двойного действия, колонного исполнения станины с гидроподушкой в столе выпускают с номинальной силой вытяжной поперечины 0,8…6,3 МН с тремя ступенями силы величиной примерно 1/3, 2/3 и 1,0 номинальной силы. Прижимная поперечина обеспечивает силу 0,4…1,0 МН соответственно. Ход поперечин 1700…2500 мм. Скорость холостого хода приближения — 200…300 мм/с, рабочего хода втяжной поперечины 20…33 мм/с при насосном приводе и 100 мм/с при насосно-аккумуляторном.

Рис. 3. Механические эксцентриковые прессы моделей MIOS: a — T10/20/40FV; б — T45FV; в — T55/75/105ТR

Повышенным спросом на отечественном рынке пользуются механические эксцентриковые прессы моделей MIOS компании «Ирленрос», технические характеристики и общие виды которых приведены на рис. 3 и в табл. 9.

Таблица 9. Механические эксцентриковые прессы MIOS

Прессы MIOS имеют стандартную комплектацию:

• монолитная сварная станина;
• кованый кривошип из легированной стали;
• пневматическая муфта включения — тормоз;
• пневматическая система состоит:
• из ресивера, фильтра, электромагнитного клапана, реле давления, предохранительного клапана;
• централизованная система смазки с регулятором расхода;
• панель управления с программируемыми счетчиками ходов пресса;
• гидравлическая защита от распора;
• выталкиватель;
• редуктор;
• пневматический уравновешиватель ползуна;
• регулировка угла торможения;
• ограждение рабочей зоны;
• реверс вращения двигателя.

Опции:

• двигатель с управлением от частотного преобразователя (контроль количества ходов в минуту);
• две скорости вращения двигателя;
• лазерная система безопасности;
• подштамповая подушка;
• клещевая или валковая подача;
• пневматическая подача;
• гидравлическая защита пресса по максимальному усилию;
• регулируемая гидравлическая защита пресса по максимальному усилию;
• стандартная панель управления на поворотном подвижном кронштейне;
• электромеханическая регулировка длины шатуна с отображением значения на дисплее.

Ручные прессы мод. MC, MD, MT оснащены ручным насосом, создающим необходимое давление. Одноходовый цилиндр снабжен выдвижным винтом подвода плунжера и пружиной возврата. Сварной каркас достаточной жесткости (за исключением мод. MD, в которой каркас U-образный). Стол прессов опускается с помощью лебедки. Прессы серии МТ снабжены двигателем и одноходовым насосом, создающим необходимое давление.

Двухходовые моторные прессы мод. DE оснащены двигателем и насосом с двухходовым цилиндром (табл. 10). Сварной каркас обеспечивает достаточную жесткость конструкции. Движение плунжера осуществляется с помощью педалей. Стол опускается с помощью лебедки. Дополнительно пресс может быть оснащен регуляторами давления и технологического хода, гибочным модулем с инструментом для гибки длиной 415 и 835 мм. Расстояние между стойками может быть увеличено до 1500 мм. Скорость холостого хода также может быть увеличена. Моторизированным столом могут быть укомплектованы мод. DE-150; 200; 250. В мод. DE-300 моторизированный стол входит в стандартную комплектацию.

Таблица 10. Технические характеристики прессов модели DE

Прессы мод. DEVF с жестким монолитным каркасом предназначены для штамповки и других работ, требующих использование инструмента (табл. 11). Прессы снабжены гидравлическим блоком с двухскоростным насосом.

Рис. 4. Пресс с двухходовыми цилиндрами и подвижной головкой модели DEVF

Таблица 11. Технические характеристики

Рабочие столы оснащены Т-образными пазами для крепления инструмента, нижний рабочий стол имеет центральные отверстия.

Дополнительные опции: пневматический или гидравлический выталкиватель; ограждение на фотоэлементах (рис. 4).

5. Штамповочные автоматы

Штамповочные прессы-автоматы относят к высокопроизводительным видам оборудования, предназначенным для последовательной многопереходной штамповки полуфабрикатов и деталей из ленты, полосы, листа и для отраслей промышленности с крупносерийным и массовым характером производства (табл. 12—15.16). Все автоматы работают с автоматической подачей заготовки на позиции штамповки. По этому признаку их можно разделить на две группы.

К первой группе относят автоматы, в которых штамповка производится непосредственно в материале. Передача заготовок по позициям штамповки осуществляется материалом — лентой, полосой, листом. Отделение отштампованного изделия происходит на заключительной позиции штамповки. К этой группе относят прессы-автоматы с нижним приводом, вырубные быстроходные автоматы, дыропробивные автоматы и обрабатывающие центры на базе координатно-револьверных прессов с ЧПУ, перфорационные прессы-автоматы, прессы-автоматы для чистовой вырубки, специализированные вырубные прессы-автоматы для изготовления железа статоров и роторов электродвигателей и сердечников трансформаторов.

Таблица 12. Автоматы холодновысадочные однои двухударные

Таблица 13. Автоматы гвоздильные

Таблица 14. Автоматы резьбонакатные

Таблица 15. Автоматы-комбайны

Таблица 16. Автоматы правильно-отрезные

К второй группе автоматов относят многопозиционные автоматы, отличие которых состоит в том, что при работе от непрерывного материала заготовка вырубается на первой позиции и для дальнейшей обработки переносится по позициям штамповки, как правило, грейферной подачей. По расположению привода автоматы могут быть с верхним и нижним приводом.

Автоматы с нижним приводом предназначены для выполнения различных операций листовой штамповки деталей из ленты. Параметры этих прессов-автоматов регламентированы ГОСТ 10739—84Е.

Конструктивным отличием этих автоматов является нижнее расположение главного двухколенчатого вала, который приводит в движение двустороннюю валковую подачу и ножницы для резки отходов. Наряду с валковыми подачами в автоматах применяют клещевые подачи.

Ползун движется в шариковых или роликовых направляющих, размещенных в станине на большом расстоянии друг относительно друга, что определяет высокую точность движения ползуна. Короткие жесткие кинематические цепи приводов подающих устройств обеспечивают стабильность их работы и взаимодействия с главным исполнительным механизмом. Механизм привода валковой подачи обычно шарнирный четырехзвенник, а привод ножниц — кулачково-рычажный. Для изменения режима работы пресса-автомата электродвигатель привода обеспечивает бесступенчатую регулировку частоты вращения главного вала в диапазоне до 1 : 4.

Применение двухколенчатого главного вала в автоматах с нижним приводом объясняется тем, что для штамповки на автоматах в основном используют штампы последовательного действия с подачей материала параллельно главному валу. Это приводит к внецентровому нагружению ползуна с возможностью его перекоса и появлению дополнительных нагрузок на направляющие. Передача сил на ползун двумя шатунами стабилизирует положение ползуна, что обеспечивает повышение стойкости инструмента.

Нижнее расположение привода и главного исполнительного механизма в нижней части массивной станины обеспечивает доступ к штамповому пространству, что облегчает процесс наладки инструмента, а также способствует динамической устойчивости прессов-автоматов при высокой быстроходности. Для этого дополнительно применяют динамическое уравновешивание, размещая, например в отечественных автоматах, уравновешивающую массу с противоположной стороны от рабочего ползуна. Движение уравновешивающей массы осуществляется от эксцентрика главного вала, расположенного со смещением на 180 относительно рабочих эксцентриков.

ОАО «Барнаульский завод механических прессов» предлагает автоматы мод. АБ6032, АБ6034, АБ6036 для вырубки листов статора и ротора; автоматы мод. АБ6123 — АБ6140 — для многооперационной листовой штамповки.