Совместное применение комбинированного штампования и CNC-обработки: высокоточная технология обработки дисковой пружины

Совместное применение комбинированной штамповки и токарной обработки с ЧПУ: технология высокоточной обработки заготовок дисковых пружин для трехмассового производства

В производстве высокотехнологичного оборудования, прецизионных машин, рельсовых транспортных систем и аэрокосмических приложений дисковые пружины (сокращенно дисковые пружины) стали неотъемлемыми упругими компонентами благодаря своим компактным размерам, высокой нагрузочной способности, контролируемой жесткости и превосходным амортизирующим свойствам. Стабильность нагрузки, усталостная долговечность и точность сборки дисковых пружин в основном зависят от качества обработки материала заготовки. Традиционные процессы одиночной штамповки или токарной обработки больше не могут удовлетворять современные производственные потребности в дисковых пружинах различной толщины, которые требуют высокой точности, эффективности и согласованности.

За годы производственной практики компания Jiangsu Sunzo Spring Technology Co., Ltd. (далее - «Sunzo Spring») разработала дифференцированный производственный подход с порогом в 6 мм, основанный на характеристиках формования дисковых пружин различной толщины. Для тонкостенных дисковых пружин толщиной менее 6 мм используется технология комбинированной штамповки для максимальной эффективности формования, в то время как для более толстых дисковых пружин из листового металла толщиной более 6 мм используется технология токарной обработки с ЧПУ для обеспечения точности и механических характеристик. В этой статье объединены практический опыт Sunzo Spring для тщательного анализа технологической логики, ключевых моментов эксплуатации, мер контроля качества и прикладной ценности этой технической системы.

Технический подход Sunzo Spring следует основному принципу «индивидуальные решения для разной толщины и точный выбор компонентов»: тонкостенные дисковые пружины толщиной менее 6 мм используют комбинированную штамповку для эффективного формования, близкого к конечному, в то время как толстолистовые дисковые пружины толщиной более 6 мм используют токарную обработку с ЧПУ для обеспечения точности и механических свойств. Эти две технологии обработки дополняют друг друга, совместно обеспечивая комплексные возможности обработки заготовок для всего диапазона толщин дисковых пружин.

Выбираются высококачественные пружинные стали, такие как 60Si2MnA и 50CrVA. С помощью многопозиционных комбинированных штамповочных матриц весь процесс, включая выравнивание листа, резку материала, пробивку, формование конической поверхности и обрезку наружного края, завершается за одну операцию для быстрого получения готовых материалов заготовок. Для решения проблем упругого отскока в тонкостенных компонентах используется моделирование CAE для оптимизации профилей матриц, что обеспечивает компенсацию упругого отскока и гарантирует точные углы формования и точность контура. Этот процесс отличается высокой эффективностью использования материала и коротким временем обработки единицы продукции, что делает его идеальным для массового производства.

Используя в качестве сырья прутки или кованые заготовки, весь процесс механической обработки, включая наружную и внутреннюю цилиндрическую токарную обработку, формование конической поверхности, шлифование торцевой поверхности и снятие фасок, выполнялся с помощью высокоточного шпинделя, сервосистемы и специализированных приспособлений токарных станков с ЧПУ. Учитывая высокую твердость и значительные силы резания, характерные для толстолистовой пружинной стали, были реализованы оптимизированный выбор инструмента и параметры резания. Применяя низкоскоростную прецизионную токарную обработку и методы микрорезания, было достигнуто эффективное управление тепловыделением и деформацией при резании, что привело к сохранению допусков на размеры и допусков формы и расположения на микронном уровне.

В отличие от модели полного охвата одним процессом, Sunzo Springity добилась значительного прорыва, приняв дифференцированный маршрут процесса с границей 6 мм.

• Полный охват по толщине: возможность обработки дисковых пружин толщиной от 1 до 20 мм и наружным диаметром от 10 до 600 мм, что позволяет работать как с тонкостенными прецизионными компонентами, так и с тяжелонагруженными толстостенными деталями.
• Оптимальный баланс между точностью и эффективностью: тонкостенные компоненты отдают приоритет эффективности, в то время как толстостенные компоненты делают акцент на точности, избегая компромиссов в производительности, вызванных универсальным подходом в одиночных процессах.
• Продукт демонстрирует исключительную согласованность: комбинированная штамповка полагается на стандартизированные матрицы, в то время как токарная обработка с ЧПУ зависит от запрограммированной жесткости, устраняя ошибки ручной эксплуатации. Отклонения размеров сырья в одной партии минимальны, а колебания нагрузки контролируются в пределах ±3%.
• Оптимальная общая стоимость: тонкостенные компоненты достигают двойной экономии за счет использования материала и эффективности при штамповке, в то время как толстостенные компоненты обеспечивают точность и снижают процент брака за счет токарной обработки. Общая стоимость производства ниже, чем у одного маршрута процесса.

Реализация дифференцированных процессов зависит от точного контроля деталей в различных диапазонах толщин. Sunzo Spring установила зрелые ключевые технологические моменты как в области штамповки, так и в области токарной обработки.

Матрица является основным компонентом в процессах штамповки и напрямую определяет начальную точность материала заготовки.

Выбор материала матрицы: пуансон изготавливается из износостойких сталей, таких как Cr12MoV и SKD11, с твердостью после термообработки от 58 до 62 HRC; твердость матрицы контролируется на уровне 60-64 HRC для эффективного продления срока службы матрицы и снижения отклонений износа при массовом производстве.

Конструкция позиционирования и направляющих: используются двойные механизмы позиционирования - направляющая стойка-направляющая втулка для точного направления и штифт для позиционирования внутреннего отверстия - для обеспечения выравнивания материала заготовки во время штамповки, при этом начальная концентричность внутренних и внешних окружностей соответствует спецификациям.

Оптимизация компенсации упругого отскока: для решения проблем упругого отскока при холодной штамповке тонкостенной пружинной стали проводилось моделирование CAE для предварительной компенсации углов конической поверхности и переходов дуги, тем самым предотвращая угловые отклонения после формования.

Настройка параметров штамповки: скорость и давление штамповки регулируются в зависимости от толщины листа, используется процесс холодной штамповки для предотвращения растрескивания и образования складок на заготовке, а также контролируется напряжение формования.

Токарная обработка с ЧПУ имеет решающее значение для обеспечения точности толстостенных дисковых пружин, где оснастка и параметры напрямую влияют на конечное качество.

Специальная конструкция приспособлений: использование упругого расширительного патрона и трехкулачкового самоцентрирующегося цангового патрона с торцевым позиционированием эффективно предотвращает деформацию при зажиме толстолистового материала, обеспечивая равномерные опорные точки.

Выбор инструмента: были выбраны высокопроизводительные твердосплавные и покрытые инструменты. Учитывая высокую твердость и характеристики высокого усилия резания толстолистовой пружинной стали, использовались инструменты с формованной дугой для обработки конических поверхностей и галтелей, обеспечивая точность контура.

Оптимизация параметров прецизионной резки: в практическом производстве скорость вращения шпинделя станка регулируется в диапазоне 800-2500 об/мин в зависимости от диаметра заготовки и свойств материала, скорость подачи контролируется на уровне 0,05-0,12 мм/об, а глубина резания поддерживается на уровне 0,1-0,3 мм. Применение низкоскоростной прецизионной токарной обработки и методов микрорезания эффективно минимизирует деформацию, вызванную теплом и силами резания.

Программируемая автоматизация и моделирование: техническая команда разрабатывает стандартизированные программы токарной обработки с использованием программного обеспечения, проводит предварительное моделирование для предотвращения чрезмерного или недостаточного резания, обеспечивает обработку одним щелчком мыши и гарантирует стабильность пакетной обработки.

Несмотря на свои компактные размеры, дисковые пружины играют критически важную роль в обеспечении безопасности эксплуатации и стабильности работы высокотехнологичного оборудования. Как первая стадия производства, обработка заготовок требует как точности, так и эффективности. Sunzo Spring создала дифференцированную техническую систему, объединяющую процессы комбинированной штамповки и токарной обработки с ЧПУ, используя 6 мм в качестве ключевого порогового значения процесса. Внедряя точный выбор процесса для решения отраслевых задач и применяя тщательные меры контроля качества, компания укрепила свои позиции в области производственного совершенства.

Благодаря многолетним целенаправленным технологическим исследованиям команда R&D Sunzo Spring добилась крупномасштабного применения в высокотехнологичных производственных секторах, таких как атомная энергетика и водородная энергетика, установив стратегические партнерские отношения с ведущими отраслевыми предприятиями. Постоянно оптимизируя методы обработки для различных диапазонов толщин, компания не только повысила конкурентоспособность продукции, но и обеспечила надежность работы критически важного оборудования, позволяя клиентам создавать большую ценность на премиальных рынках.