Схема оптимальной конфигурации комбинированных пуансонов, матриц и лезвий Ironworker

Ключевые выводы

• Контрольные показатели процесса и геометрии. Конструкция кромок : стандартные пуансоны имеют микрофаску под углом 3° для обычной обработки стали; Кромки с одинарной фаской под углом 5–8° применяются исключительно к высокопрочной стали для уменьшения ударной силы продавливания.

• Размер эталонного инструмента : калиброванный пуансон для тяжелых условий эксплуатации размером 22 мм (диаметр, соответствующий отверстиям для болтов M20) используется для сравнения параметров тяжелых условий эксплуатации, которые при необходимости можно отрегулировать до фактических производственных размеров, включая спецификации M12, M16 и M24.

• Односторонний зазор, зависящий от материала : Зазор при штамповке и резке строго классифицируется в зависимости от прочности материала на разрыв, чтобы исключить заусенцы и сколы инструмента на основе стандартизированных инженерных стандартов : Мягкая углеродистая сталь Q235: 5%–7% толщины листа

• Обычная высокопрочная сталь Q355/Q420: 8–10 % толщины листа.

• Высокопрочная сталь HSS/AHSS (800–1200 МПа, тяжелая холодная штамповка): 10–15 % толщины листа.

• Инструментальные материалы и промышленные стандарты : Все выбранные инструментальные стали соответствуют унифицированным промышленным стандартам ASTM и Daido, в них используются материалы высокой прочности, соответствующие различным стандартам, для решения проблем микростружков и преждевременного износа при многоцикловой обработке высокопрочной стали.

• Классификация и применение марок : Несколько марок профессиональных инструментальных сталей классифицируются для соответствия сценариям: высокопроизводительная сталь для холодной обработки DC53 служит улучшенной альтернативой традиционным Cr12MoV и D2; AISI D2, A2 и M2 охватывают полный диапазон условий работы: от средней нагрузки до прецизионной обработки с тяжелыми ударами.

• Преимущества применения : Стандартизированная конфигурация ступенчатой ​​матрицы снижает сопротивление обработке на 30 %, стабилизирует качество поверхности заготовки и увеличивает общий срок службы матрицы более чем на 35 %. Это эффективно снижает незапланированные простои оборудования и затраты на замену, поддерживая стабильное и экономически эффективное массовое производство.

• Применимые сценарии : Совместим с углеродистой сталью, нержавеющей сталью и всеми распространенными конструкционными профилями, широко используется в каркасах промышленных предприятий, несущих компонентах мостов и проектах опорных стальных конструкций фотоэлектрических (PV) систем.

Введение

Комбинированные штамповочные и отрезные машины служат основным универсальным оборудованием в промышленности по производству стальных конструкций. Они широко применяются в архитектурных стальных конструкциях, мостостроении, каркасах промышленных предприятий, электромеханических опорных компонентах и ​​производстве стальных кронштейнов для фотоэлектрических (PV) систем. Объединяя функции штамповки, многопрофильной резки, обработки канавок и снятия фасок в одном устройстве, это оборудование удовлетворяет разнообразные требования к формованию при обработке компонентов стальных конструкций и стало незаменимым для предприятий по производству стали всех размеров.

Являясь наиболее важными расходными компонентами станка, штампы напрямую определяют точность размеров, качество поверхности и эффективность работы готовых заготовок. Неправильный выбор штампа, необоснованные настройки зазора и несоответствующие материалы инструмента часто приводят к появлению дефектных заусенцев, ошибкам размеров, преждевременному скалыванию кромок и ненормальному износу, что приводит к частым остановкам производства и увеличению производственных затрат. На основе данных долгосрочной эксплуатации основных моделей (включая комбинированные штамповочные и отрезные станки серий Q35Y-16, Q35Y-20 и Q35Y-25) в этом документе обобщается полный набор стандартизированных, ориентированных на сценарии схем конфигурации штампов, предоставляющих практическое техническое руководство для высокоточного и высокоэффективного массового производства стальных конструкций.

Примечание. В то время как стандартные гидравлические станки полностью способны обрабатывать конструкционную сталь Q235B и Q355B, резка высокопрочной стали (AHSS > 800 МПа) требует строгого расчета тоннажа штамповки, чтобы предотвратить перегрузку оборудования и деформацию конструкции.

1. Основные рабочие процедуры и требования к адаптации станции

Процесс формования обычных компонентов стальных конструкций в основном состоит из четырех основных рабочих процедур, соответствующих пяти стандартным функциональным станциям комбинированной машины для штамповки и резки. Каждая процедура имеет различные характеристики обработки и индивидуальные требования к адаптации штампа:

• Резка листов : используется для вырубки и резки стальных листов Q235 и Q355 фиксированной длины. Эта основополагающая процедура предварительной обработки требует высокой плоскостности режущих лезвий и точного контроля зазора, чтобы избежать деформации пластины и дефектов сечения.

• Профильная резка : применяется для резки фиксированной длины и обрезки концов угловой стали, швеллерной стали, двутавровых балок, круглой стали и квадратной стали. Для предотвращения деформации сечения и неровных надрезов во время резки необходимы специальные профилированные матрицы.

• Обработка штамповки : отвечает за изготовление отверстий для болтовых соединений, монтажных отверстий и регулировочных отверстий на стальных компонентах, что является наиболее частотным и прецизионным процессом для обеспечения качества сборки конструкции.

• Обработка надрезов и колпачков : используется для прецизионной вторичной обработки, включая формирование надрезов, нарезание канавок, снятие фасок на углах и обрезку отверстий для стальных компонентов специальной формы.

Стандартные комбинированные штамповочно-резательные станки оснащены пятью интегрированными функциональными станциями:

• Штамповочная станция

• Станция резки угловой и швеллерной стали

• Станция резки толстого листа

• Станция резки круглой и квадратной стали

• Вырубная станция

Разумное и стандартизированное соответствие штампов для каждой станции является основной гарантией стабильного и эффективного производства.

2. Стандартная система конфигурации штампов на основе материала

В сочетании с данными долгосрочных полевых испытаний и практическим производственным опытом в этой главе представлена ​​стандартизированная система конфигурации штампов с учетом материалов, охватывающая выбор инструментальной стали, соответствующей различным стандартам, оптимизацию структуры кромок, прецизионную калибровку зазоров и сопоставление параметров на основе сценариев. Эта систематическая схема заменяет традиционные методы эмпирического сопоставления и решает проблему сколов инструмента, быстрого износа и плохой плоскостности заготовки, вызванных несовпадением параметров штампа.

Таблица 2.1: Комплексная конфигурация матрицы и лезвия в зависимости от материала

2.1 Конфигурация перфорационной станции для высокочастотной обработки

Штамповка — наиболее повторяющийся и ответственный процесс в производстве стальных конструкций. Точность размеров соединительных отверстий напрямую влияет на точность сборки готовых деталей. Соответствующие наборы пуансонов и матриц следует выбирать в зависимости от типов отверстий и масштабов производственных партий для достижения оптимальной производительности обработки, охватывая основные конфигурации инструментов, включая круглые пуансоны и матрицы и продолговатые пуансоны и матрицы для разнообразных требований к обработке отверстий.

Таблица 2.2: Стандарты компонентов и материалов перфорационной станции

2.2 Специализированная конфигурация матрицы для резки профиля

Обычные стальные профили имеют асимметричное поперечное сечение и неравномерную толщину стенок. Лезвия общего назначения не могут гарантировать качество обработки; поэтому необходимо использовать формовочные штампы для конкретного профиля и профессиональные режущие лезвия / сменные лезвия для металлургов, представленные режущими лезвиями из угловой и швеллерной стали, чтобы избежать искажения профиля, деформации торцевой поверхности и ошибок допусков размеров во время резки профиля под большой нагрузкой.

Таблица 2.3: Профильная режущая матрица и техническая матрица

2.3 Конфигурация лезвия для резки пластин и стандарты зазора

Станция резки листового проката оснащена высокоточными ножами для резки длинных полос. Выбор материала лезвия и калибровка зазора напрямую определяют плоскостность и качество сечения разрезаемых пластин.

• Выбор материала лезвия : для обычных тонких и средних пластин Q235 используется сталь 9CrSi (GB), обеспечивающая высокую экономическую эффективность. Износостойкая сталь Cr12MoV (GB) и высокопроизводительная сталь холодной обработки DC53 используются для изготовления листов из нержавеющей стали, тяжелых листов толщиной более 12 мм и высокопрочных стальных листов Q355, чтобы выдерживать большие технологические нагрузки и многоцикловое трение. 6CrW2Si применим только для прерывистой низкоскоростной обработки из-за плохой твердости в красном цвете и устойчивости к термическому размягчению и не подходит для непрерывной высокочастотной сухой резки.

• Критерии калибровки зазора : Односторонний зазор для листов конструкционной стали соответствует уточненным стандартам классификации для конкретного материала в едином диапазоне 5–15 % толщины листа. Фиксированные коэффициенты градуированного зазора для всех распространенных типов стали четко определены, чтобы исключить неоднозначность параметров: 5–7 % (k = 0,05–0,07) для мягкой углеродистой стали Q235, 8–10 % (k = 0,08–0,10) для обычной высокопрочной стали Q355/Q420, 8–10 % для нержавеющей стали и 10–15 % для тяжелых условий эксплуатации. HSS/AHSS (800–1200 МПа и выше) холодная штамповка.

2.4 Стандарты регулировки станции надрезки и коппинга

Станция вырубки имеет трехсекционную комбинированную конструкцию верхнего и нижнего лезвия, которая в основном используется для точной вторичной обработки стальных компонентов (например, формование надрезов, обработка канавок, обрезка углов и обработка отверстий).

• Конструктивные особенности : Левая и правая стороны совмещенных верхнего и нижнего лезвий регулируются независимо, что обеспечивает адаптивную регулировку для пластин различной толщины и методов обработки.

• Требования к вводу в эксплуатацию : Двусторонний зазор между лезвиями должен быть равномерно откалиброван перед официальной обработкой. Постоянный зазор позволяет эффективно избежать угловых заусенцев, сколов кромок и отклонений размеров, обеспечивая высокую точность обработки деталей специальной формы.

3. Дополнительные вспомогательные аксессуары для увеличения производительности обработки.

Чтобы удовлетворить особые технологические требования и требования к высокоточному индивидуальному производству, можно настроить ряд дополнительных вспомогательных принадлежностей для расширения функций, повышения точности и сокращения ручной работы, включая профессиональные инструменты для вырубки труб и трубок и специальные V-образные лезвия для вырубки деталей специальной формы.

• Принадлежности для перфорации большого диаметра : устраняют ограничения по размеру стандартных пуансонов, подходят для соединений и монтажных отверстий большого диаметра на тяжелых стальных компонентах.

• Принадлежности для гибки листов : позволяют выполнять гибку листов в небольших объемах непосредственно на штамповочной станции, сокращая инвестиции в дополнительное оборудование.

• Специальные приспособления для пробивки профилей : поддерживают прямую пробивку швеллера и стенок/полок двутавровых балок без вторичного позиционирования.

• Аксессуары для жалюзи : позволяют единоразово формовать вентиляционные жалюзи для стальных конструкций по индивидуальному заказу.

• Принадлежности для снятия фасок с труб : применяются для точного снятия фасок с круглых и квадратных стальных труб, обеспечивая соответствующую точность при сборке трубчатой ​​фермы.

• Устройство прецизионного режущего упора : осуществляет автоматическое позиционирование фиксированной длины, исключает ручные ошибки, повышает точность резки до ±0,1 мм и увеличивает общую эффективность более чем на 20%.

4. Стратегии оптимизации и случаи полевой проверки

4.1 Принципы оптимизации на основе сценариев

• Оптимизация серийного производства : Для непрерывного массового производства обязательны запасные комплекты стержневых штампов. Оснащенный быстросменной модульной системой штампов, он позволяет избежать простоев, вызванных повреждением инструмента, и сокращает время замены. Для заказов небольшими партиями гибридная конфигурация стандартных штампов и индивидуальных аксессуаров обеспечивает баланс гибкости и стоимости.

Оптимизация по материалу заготовки : Обычные лезвия 9CrSi и 6CrW2Si не подходят для обработки нержавеющей стали высокой твердости и высокопрочной стали. Высокопроизводительная сталь для холодной обработки DC53 и высокопроизводительная инструментальная сталь AISI M2 со структурой скошенной кромки и адаптивными настройками зазора должны использоваться для предотвращения выкрашивания инструмента и преждевременного износа, обеспечивая надежную работу при калибровке параметров в тяжелых условиях и многоцикловых задачах холодной штамповки.

• Оптимизация управления запасными частями : Создайте стандартизированную систему инвентаризации уязвимых основных частей (пуансоны и лезвия). Резервируйте запасные части в соответствии с ежедневным объемом производства, чтобы обеспечить бесперебойное производство.

4.2 Тестирование и проверка контрастности поля

Условия испытаний : Комбинированная машина для штамповки и резки Q35Y-20; Заготовка: пластина из высокопрочной стали Q355B толщиной 10 мм; Процесс: пробивание стандартных отверстий под болты М20.

• Испытание традиционной конфигурации : использование пуансона с плоской кромкой из Cr12MoV с односторонним зазором толщиной 5 %. После 1200 циклов произошло очевидное скручивание кромок и микросколы; уровень заусенцев превысил квалифицированный стандарт, что потребовало немедленного отключения.

• Испытание оптимизированной конфигурации : использование пуансона из быстрорежущей стали M2 со скошенной кромкой 6° и односторонним зазором толщиной 9%. В идентичных условиях инструмент выполнил 4500 непрерывных циклов с износом кромки всего 0,08 мм. Допуск апертуры стабильно контролировался в пределах ±0,05 мм при отсутствии заусенцев. Срок службы матрицы увеличен на 275%.

5. Практические часто задаваемые вопросы по обработке на месте

Вопрос 1: Каков оптимальный зазор матрицы для штамповки высокопрочной стали?

A: Для обычных тонких и средних листов из высокопрочной стали Q355/Q420 (толщина листа < 12 мм) рекомендуемый односторонний зазор при перфорации составляет 8–10 % от толщины листа (k=0,08–0,10). Для пластин из толстой углеродистой стали и высокопрочных стальных листов (≥12 мм) зазор должен быть отрегулирован до 12–15 %, чтобы компенсировать высокое сопротивление сдвигу и предотвратить термическое размягчение инструмента и сколы кромок. Для HSS и AHSS с пределом прочности 800–1200 МПа и выше зазор устанавливается на уровне 10–15%. Для стандартной мягкой углеродистой стали Q235B коэффициент согласованного зазора фиксируется на уровне k=0,05–0,07. Практическая формула расчета для всех сценариев штамповки конструкционной стали: C=h×k (где C = односторонний зазор, h = толщина пластины и k = коэффициент зазора, зависящий от материала). Использование пуансонов со скошенной кромкой 5–8° эффективно снижает силу удара при штамповке и потери инструмента при обработке высокопрочных сталей.

Вопрос 2: Какой материал штампа наиболее подходит для штамповки массивной стальной конструкции?

Ответ: Выбор материала зависит от твердости заготовки и объема производства. Cr12MoV (GB) идеально подходит для массового производства обычной углеродистой стали Q235. DC53 (высокопрочная сталь для холодной обработки Daido, улучшенная альтернатива D2/Cr12MoV) и быстрорежущие стали AISI M2 предпочтительны для высокоточной массовой обработки высокопрочной и нержавеющей стали. 6CrW2Si (GB) обеспечивает превосходное соотношение цены и качества для мелко- и среднесерийной обработки.

В3: Как решить проблему преждевременного выкрашивания и износа штампов и режущих штампов?

Ответ: Кратко изложены три основных меры: во-первых, выберите эксклюзивные материалы штампов (например, DC53/M2 для высокопрочной стали), соответствующие твердости заготовки. Во-вторых, калибруйте зазор матрицы строго в соответствии с толщиной пластины и маркой материала. В-третьих, используйте инструменты со скошенной кромкой для обработки высокопрочной стали и толстых листов и регулярно проводите полировку инструментов.

Заключение

Научная и стандартизированная конфигурация штампов является основным подходом к достижению высококачественного, высокоэффективного и недорогого производства при обработке стальных конструкций на комбинированных станках для обработки железа. Отказ от традиционных методов эмпирического сопоставления, целенаправленный выбор штампов для металлургических станков, структур кромок и точные параметры расчета зазора штампа на основе материала заготовки, толщины листа и масштаба производства могут эффективно повысить точность обработки компонентов и избежать повреждения инструмента и дефектов заготовки. В сочетании с модульными системами быстрой смены инструментов и стандартизированным управлением запасными частями можно максимально использовать весь потенциал комбинированных штамповочных и отрезных станков для удовлетворения современных высоких стандартов инженерной обработки стальных конструкций.