Листоштамповочное оборудование

Штампованные изделия из листовых материалов широко применяют для изготовления полуфабрикатов и готовых деталей как в массовом, так и в мелкосерийном производстве.

Это объясняется широкими возможностями технологии листовой штамповки, высокой производительностью, стабильным качеством и надежностью листоштамповочного оборудования, обеспечивающего производство изделий высокого качества при сравнительно низкой себестоимости.

Для обработки листовых материалов применяют ножницы для резки, прессы для вырубки, пробивки, гибки, формоизменения (неглубокой и глубокой вытяжки), обжима труб и отбортовки  отверстий. Для формоизменения листового материала предлагаются    листоштамповочные механические (кривошипные и эксцентриковые) и  гидравлические  прессы, а также лазерные и плазменные прессы, магнитно-импульсные и гидроимпульсные машины.

Современный рынок листоштамповочного оборудования широко представлен достаточно надежными конструкциями с умеренными ценами российских производителей, а также конструкциями известных зарубежных производителей с уровнем цен в зависимости от комплектации и сервисного обслуживания.

Следует отметить, что 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 числовое программное управление (ЧПУ) и сервисное обслуживание в течение жизненного цикла оборудования уже в конце 90-х гг. прошлого столетия российские производители остановились в этом отношении на уровне 70-х – 80-х годов, т.е. ручном управлении и  обслуживании в течение гарантийного срока.

Например, известная компания “Amada” (Япония) предлагает на российском рынке гильотинные ножницы, листогибочные прессы серии NFT  номинальной силой  500 – 2200 кН, длиной реза 2000 – 4000 мм с ЧПУ,  серии СВ 2000, роботизированные листогибочные комплексы Astro–100 NT силой 980 кН, длиной линии гибки 2000 мм  с сервогиравлическим приводом и системой ЧПУ, с роботом грузоподъемностью 20 кг с 5-ю программируемыми осями. Программное обеспечение охватывает широкий спектр технологий листоштамповочного производства: пробивку и резку листового материала (Punch 5, Cut 5, Combi 5), гибку (AP100 UNFOLD, BENDCAM, SHEETWORKS for UNFOLD) и др. Хорошо известна российскому потребителю продукция фирм Trumpf GmbH, KNUTH (Германия), Bystronic (Швейцария), Euromac, Ironmac, Imac  (Италия), LVD, Haco (Бельгия), Finn-Power (Финляндия) и многих других. Практикуется производство листоштамповочного оборудования с технической характеристикой и комплектацией на заказ, а не на рынок вообще, например компанией  ACE Clearwater Enterprises (США).

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 следует отметить заметное повышение активности российских производителей листоштамповочного оборудования, продукция которых представлена в этом обзоре. Уступая зарубежным аналогам в некоторых случаях в технике обслуживания, гибкости или отсутствии систем ЧПУ, оформлении и цветовой гамме внешнего вида (дизайне), российское оборудование привлекает значительно более низкими ценами при достаточно высоком или приемлемом качестве и обоснованными техническими характеристиками.

Ножницы

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

Ножницы с наклонным ножом применяют для разделки листа на полосы, позволяя резать лист наибольшей толщины и ширины.

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 и 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 имеется главный выключатель, аварийный останов, сигнальная лампа режима работы ножниц и   переключатель режима резки: одиночная резка/непрерывная резка до команды «СТОП».

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

Дисковые ножницы применяют для продольной резки листового или рулонного материала на полосы (или обрезки кромок), а также для различной фигурной резки. Двухдисковые ножницы, оснащенные вместо ножей профильными роликами, могут быть также использованы для отбортовки и гибки материала.

Дисковые ножницы по числу ножей подразделяют на однодисковые, двухдисковые и многодисковые.

Однодисковые ножницы имеют неподвижно закрепленный на станине прямой нож и нож-диск, разрезающий материал, который крепят на подвижной каретке. На однодисковых ножницах 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, с наклонным расположением нижнего ножа и с наклонными под углом 45° нижним и верхним ножами. Наибольшее распространение получили ножницы с наклонным расположением нижнего и верхнего ножей. 

Из отечественных производителей ножницы предлагают: ОАО «Донпрессмаш», (Азов) – кривошипные с наклонным ножом для листа толщиной 2… 32мм, шириной 1020… 3150 мм; АПП Кпо, (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 х 1600 до 32 х 3150 мм, а так же комбинированные для резки полосы, круга, уголка, аллигаторные для резки скрапа и др. конструкции. Для резки листов  на этом предприятии изготавливают  также гидравлические ножницы с поворотной балкой серии ИВ21 с размерами (ширина листа х толщину) от 1600х6 до 4000х3,5. Гидравлические гильотинные ножницы моделей Н37216, НГ 3418 и НГ3418.01 для резки листа толщиной от 6 до 12,5 мм при длине стола от 2500 до 3150 мм изготавливают так же на предприятии ЗАО «Нелидовский завод гидравлических прессов». ОАО «Долина» (Кувандык) изготавливает 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.

Прессы

Листоштамповочные прессы с механическим, кривошипным и гидравлическим приводом подразделяют на прессы простого, двойного и тройного действия. Прессы простого действия (с одним рабочим ползуном) относятся также к универсальным прессам, 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 (прижимным наружным и вытяжным внутренним ползунами) 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.

Механические прессы простого действия.  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, с гидроподушкой и шиберным устройством, с поворотным столом.На универсальных прессах  простого действия  выполняют различные, 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 предлагают: ОАО Барнаульский завод механических прессов – модели КК2126 – КК2135 с номинальной силой 400-3150 кН; ЗАО Тяжелых механических прессов (ТМП), (Воронеж) – модели К3040, 3542, 3045, КА3040, 3540 с номинальной силой 10, 16 и 31,5 МН, модели К4036, 4039А,  4040, 4042, К4536, КА4537, 4538 с номинальной силой 4, 5, 6,3, 8, 10, 12,5 и 16 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 так же автоматизированные комплексы для штамповки из полос и ленты.

По заказам потребителей прессы оборудуются штамповыми подушками, электродвигателями с регулируемой частотой вращения, педалями и фотоэлектрическими защитными устройствами, автоматическими подачами ленты, полосы, штучных заготовок, специальными подштамповыми плитами.

Двухкривошипные закрытые (двухстоечные) прессы простого действия серии К3, КА3 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.

Листоштамповочные вытяжные прессы двойного действия, изготавливают с одним, двумя и четырьмя кривошипными валами. 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 1) однокривошипные К04, КБ5, 2) двухкривошипные К6, КА6,  3) трехкривошипные К7, КБ7 изготовляют с различными размерами  и закрытой высотой вытяжного ползуна, стола и другими характеристиками.

В зависимости от числа позиций листовой штамповки, прессы могут быть однопозиционными и 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   действиясерии П3 (П3440, П3046 - АООТ «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 - АООТ «Тяжпрессмаш», г.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 40-2500кН 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 подачи. 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 от 0,8 до 6,3 МН с тремя ступенями силы величиной примерно 1/3, 2/3 и 1,0 номинальной силы. Прижимная поперечина обеспечивает силу от 0,5 до 1,0 МН соответственно. Ход поперечин 1700…2500 мм. Скорость холостого хода приближения 200…300 мм/с, рабочего хода вытяжной поперечины 20…33 мм/с при насосном приводе  и 100 мм/с при насосно-аккумуляторном.

Листоштамповочные автоматы

Листоштамповочные прессы – автоматы относятся к высокопроизводительным видам оборудования предназначенным для последовательной многопереходной штамповки полуфабрикатов и деталей из ленты, полосы, листа и т.п. для  отраслей промышленности с крупносерийным и массовым характером производства.

Все автоматы работают с автоматической подачей заготовки на позиции штамповки. По этому признаку их можно разделить на две группы. К первой группе относятся 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.

Ко второй группе автоматов относятся 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 – 84 Е.

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 внецентренному 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 180О относительно рабочих эксцентриков.

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

Машины для правки и гибки листовых материалов

Принцип действия правильных машин основан на создании пластической деформации с целью устранения кривизны изделий, а принцип действия гибочных машин основан на пластическом поперечном изгибе различных материалов с целью получения остаточной пластической деформации.

Основные технологические процессы изгиба и правки осуществляют в  роликах и  валках, а также в  штампах. Кроме того, проводят свободную гибку по шаблону, гибку и правку с применением деформации растяжения. В некоторых процессах применяют комбинацию из различных процессов: изгиб с растяжением, растяжение с обжатием и т.п.

Ротационные правильно-гибочные машины для правки и гибки листовых материалов получают все большее распространение в связи с применением сварки в машиностроении и металлообработке.

Оборудование для гибки листовых материалов на российском рынке представляют: 

ГП «Кузлитмаш» (Беларусь): прессы механические (кривошипные) листогибочные ИГ1330, ИГ1230В, ИГ1332, ИГ1334, ИГ1334А с номинальной силой 1000-2500 кН, длиной стола 2500-5050 мм; пресс пневматический листогибочный с номинальной силой 100 кН, длиной стола 780мм; прессы гидравлические   листогибочные ИГ1330, ИГ1230В, ИГ1332, ИГ1334, ИГ1334А с номинальной силой 100-630 кН, длиной стола 1050-3150 мм.

ОАО Донпрессмаш (Азов):  И1424.01 – И1428.01,И1428А.01, К10.4.30.01, И1434АФ2, К10.4.34.06 с длиной стола 1350–6000 мм, шириной стола 100-320 мм. ОАО «Славгородский завод кузнечно-прессового оборудования»: машины листогибочные  трехвалковые ИБ2213В – ИБ2222В для листа шириной 1250–2000 мм,  толщиной 2-16 мм. Разнообразные конструкции гидравлических листогибочных прессов изготавливают на заводе «НелидовПрессМаш» серий И13, И14, ИБ14 и др. с характеристикой номинальная сила х ширину стола от 400 кН х 1000 мм до 2500 кН х 5000 мм.. На этом же предприятии изготавливают трехвалковаые гибочные машины для листов толщиной от 2,5 до 16 мм и шириной стола от 1250 до 2000 мм и механические зиговочные машины моделей ИВ14 и ИВ16 для листов толщиной 2,5 и 4 мм. ЗАО «Нелидовсий завод гидравлических прессов» изготавливает гидравлические листогибочные прессы серии ИБ14 с номинальной силой от 630 кН до 1000 кН  и длиной стола от 2000 до 4000 мм., а так же гидравлические гибочные прессы с поворотной балкой серий ИВ21, ИБ14 с номинальной силой 400 кН и 300 кН (с шириной стола 2000 мм).

Лазерные и плазменные прессы и комплексы

Лазерные и плазменные прессы применяют для резки листовых материалов и пробивки в них различных по форме отверстий.

Принцип  действия лазерных и плазменных прессов заключается в использовании энергии оптических квантовых генераторов и генераторов плазмы для прожигания сфокусированным лазерным или плазменным лучом линейных резов, криволинейных контуров и  отверстий по программе в листовых материалах. Лазерные и плазменные прессы (получившие название лазер-прессы и плазма-прессы)представляют собойновый типкузнечно-штамповочного оборудования, в котором совмещена лазерная (плазменная) резка и пробивка отверстий  с традиционной штамповкой, гибкой жесткими пуансонами.   

Координатно пробивные прессы  (КПП) оснащенные лазерными или плазменными установками с ЧПУ являются одним из наиболее прогрессивных видов листоштамповочного оборудования. Их выпуском занято около 30 фирм за рубежом, изготовляющих около 130 моделей. В России АПП КПО (Воронеж) предлагает обрабатывающий центр ОЦК0126Ф4 с ЧПУ, оснащенный лазерной или плазменной установкой.

В конструкциях лазер-прессов и плазма-прессов с ЧПУ лазерный или плазменный резак закреплен неподвижно, а заданное перемещение заготовки в  координатах Х-У осуществляется координатным столом. Этим обеспечивается стабильное положение и короткая величина тракта луча от излучателя до заготовки с минимальным числом преломлений, что необходимо для высокого качества операций. Фиксированное расположение резака позволяет также организовать надежный отвод  газов и шлаков из зоны реза.

С развитием лазерной техники в последние годы лазерные технологии в листоштамповочном производстве интенсивно совершенствуются. Широко представлено оборудование для лазерной обработки листовых материалов такими известными производителями как Trumpf (Германия), Salvanini, Prima Industries (Италия), Finn Power (Финляндия), Bystronic (Швейцария), Amada (Япония), LVD (Бельгия) и др. Плазма-прессы в России предлагают Еrmaksan (Турция), Plasmaform, CRM (Италия) и др.

Приведенные в обзоре сведения, не претендуя на исчерпывающую полноту охвата, дают возможность потребителям ориентироваться в широком спектре конструкций и технических характеристик листоштамповочного оборудования российских и ведущих зарубежных производителей.

Перед российскими производителями поставлена задача модернизации конструкций листоштамповочного оборудования, оснащения ножниц и прессов системами ЧПУ, мониторинга параметров технологического процесса, диагностики оборудования, что повысит конкурентоспособность отечественной продукции на мировом рынке.  

Ю.А. Бочаров

 

 Литература

  1. Бочаров Ю.А. Числовое программное управление процессами и машинами обработки давлением (состояние и перспективы)// Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. № 7, 2000, с.39-46
  2. Бочаров Ю.А. Кузнечно-штамповочное оборудование. М. ИЦ Академия.2008. – С. 480
  3. Данилов Борис. Обработка листовых материалов// Оборудование № 4, 5, 11, 2007