Технология горячего штампования: принципы и применение

Краткое содержание

Технология горячего штампования — это универсальный производственный процесс, в котором используются нагреваемые матрицы, давление и специальные фольги. Он выполняет две основные функции: нанесение сложных декоративных рисунков на поверхности, такие как упаковка, а также формование высокопрочных и легких компонентов из листового металла, особенно для автомобильной промышленности. Данный процесс ценится за создание долговечных покрытий премиального качества и конструкционно улучшенных деталей.

Что такое технология горячего тиснения? Основные процессы и принципы

Горячее тиснение — это сложный производственный метод, который в основе своей опирается на три ключевых элемента: тепло, давление и время. Специальная матрица, на которую нанесён определённый рисунок или форма, нагревается до заданной температуры. Затем эта нагретая матрица прижимается к заготовке, перенося рисунок с помощью специальной фольги или изменяя форму самого материала. В результате получается постоянное высококачественное изображение либо структурно преобразованный компонент. Хотя базовый принцип остаётся неизменным, технология делится на два различных применения, имеющих разные цели и использующих разные материалы.

Первое и наиболее широко известное применение — декоративная фольгированная печать. Этот процесс используется для нанесения металлизированных, пигментированных или голографических рисунков на широкий спектр продукции, включая упаковку класса люкс, обложки книг и поздравительные открытки. В этом методе тонкий фольгированный носитель с несколькими слоями — включая слой разделения, цветной слой и термоактивируемый клей — размещается между нагретой печатью и основой (например, бумагой, пластиком или кожей). Когда пресс оказывает давление, выступающее изображение на печати активирует клей, соединяя цветной слой только в нужной форме с поверхностью изделия. Этот метод ценится за возможность создания непрозрачных, ярких и долговечных графических элементов, которые визуально выделяются.

Второе основное применение — структурная горячая штамповка, также известная как прессовое закаление или горячее формование. Этот промышленный процесс имеет важнейшее значение в автомобильной отрасли для производства деталей из сверхвысокопрочной стали (UHSS), таких как стойки B, балки дверей и бамперы. Листовой металл, как правило, из борированной легированной стали, нагревается в печи до температуры свыше 900 °C, при этом его микроструктура переходит в пластичное аустенитное состояние. Затем он быстро перемещается в пресс, где одновременно формируется в окончательную форму и закаливается (быстро охлаждается) посредством водяных каналов в матрице. Такое быстрое охлаждение превращает сталь в мартенсит — очень твёрдую и прочную микроструктуру, в результате чего получаются детали, значительно более прочные и лёгкие, чем изготовленные традиционными методами холодной штамповки. Это напрямую способствует повышению безопасности автомобилей и их топливной эффективности.

Для ясности рассмотрим основные различия между этими двумя ключевыми процессами:

• Декоративная фольговая штамповка: Основная цель — эстетическое улучшение. Наносится тонкий слой фольги на поверхность основы без принципиального изменения структуры самой основы. Это аддитивный процесс, ориентированный на внешний вид и брендинг.
• Структурная горячая штамповка (пресс-закалка): Цель — металлургическое преобразование. Процесс предусматривает формовку и термическую обработку всего компонента для достижения высоких механических свойств, таких как прочность на растяжение. Это формоизменяющий процесс, ориентированный на производительность и безопасность.

Сердце процесса: подробное изучение штампов для горячей штамповки

Матрица является наиболее важным компонентом в любой операции горячего тиснения, поскольку именно она определяет конечное качество, детализацию и долговечность изделия. Эти инструменты изготавливаются с особой тщательностью для точной передачи тепла и давления. Выбор материала матрицы в значительной степени зависит от области применения, объема производства, типа основы и сложности дизайна. Наиболее распространенными материалами являются латунь, сталь и медь, каждый из которых обладает своими преимуществами и оптимальными сферами применения.

Латунные матрицы известны сочетанием прочности, отличной теплопроводности и высокой обрабатываемости. Они могут быть выполнены методом машинной гравировки, что позволяет создавать сложные многоуровневые рисунки, делая их идеальным выбором для комбинированных матриц, которые одновременно фольгируют и тиснут за один проход. Эта возможность придаёт изделию глубину и текстуру, обеспечивая премиальное качество отделки. По мнению экспертов Universal Engraving , хорошо сохранившаяся латунная матрица может служить более миллиона оттисков, что делает ее экономически выгодным выбором для длительных производственных серий в таких отраслях, как премиальная упаковка и канцелярские товары.

Стальные штампы являются основой промышленного применения, особенно при термообработке автомобильных компонентов и маркировке прочных материалов. Как указывают специалисты, например, Daido Steel , инструментальные стали, используемые для горячей штамповки, такие как марка H13, разработаны для обеспечения высокой прочности при повышенных температурах, устойчивости к размягчению и отличной теплопроводности. Эти свойства необходимы для выдерживания экстремальных циклов нагрева и закалки листового металла. В декоративных приложениях сталь и штампы из нее обеспечивают максимальную долговечность при повторяющихся задачах маркировки, таких как нанесение даты или серийных номеров.

Медные штампы, как правило, изготавливаются методом фототравления, который позволяет воспроизводить очень тонкие линии и высоко детализированные рисунки. Медь является отличным проводником тепла, пожалуй, лучшим среди распространённых материалов для штампов, что обеспечивает более высокую скорость печати и стабильное восстановление температуры. Это делает медь превосходным выбором для задач, требующих высокой детализации на таких материалах, как бумага и пластик. Хотя медь и не так твёрда, как сталь, качественные медные штампы значительно прочнее более мягких аналогов, таких как магний, который обычно используется для коротких тиражей с низкой стоимостью. Для многих декоративных применений медь представляет собой идеальный баланс между детализацией, скоростью и долговечностью.

Основное оборудование: понимание машин для горячего тиснения

Процесс горячего тиснения осуществляется с помощью специализированного оборудования, предназначенного для точного контроля температуры, давления и времени. Хотя конструкции могут различаться, все машины для горячего тиснения, или прессы, имеют ряд основных компонентов, которые совместно обеспечивают идеальный оттиск. Центральным элементом является сам механизм пресса, который может быть ручным, пневматическим (с приводом от воздуха) или гидравлическим (с жидкостным приводом). Выбор зависит от требуемого усилия и объема производства, при этом гидравлические прессы, такие как от Macrodyne широко используются в приложениях с высокой нагрузкой, например, при закалке деталей в автомобильной промышленности.

Ключевым компонентом является система нагрева, которая состоит из нагревательной пластины или блока, подогревающего штамп до постоянной и регулируемой температуры. Современные машины оснащены передовыми цифровыми системами контроля температуры, обеспечивающими равномерное распределение тепла, что крайне важно для активации клеевого слоя фольги или подготовки металла к формовке без повреждения основы. Штамп крепится к этой нагреваемой пластине. Для декоративных применений также необходима система подачи фольги. Этот механизм автоматически продвигает рулон фольги после каждого оттиска, обеспечивая подачу нового участка фольги к следующему циклу.

Вся операция представляет собой тщательно скоординированную последовательность. Типичный цикл горячего тиснения для декоративного фольгирования включает в себя чёткий набор шагов:

1. Настройка и нагрев: Оператор надёжно устанавливает штамп на нагревательную пластину станка и задаёт требуемую температуру. Подходящий рулон фольги загружается в систему подачи.
2. Установка материала: Изделие или материал, подлежащий тиснению (основа), устанавливается на основную плиту машины или наковальню, непосредственно под штампом.
3. Активация цикла машины: Пресс активируется. Нагретый штамп опускается, прижимая фольгу к основе с определённым усилием.
4. Время выдержки: Штамп остаётся в контакте с фольгой и основой в течение короткого, заранее заданного периода времени, называемого временем выдержки. В этот момент тепло активирует клеевой слой фольги, в результате чего изображение закрепляется на основе.
5. Возврат штампа и подача фольги: Штамп возвращается в исходное положение. По мере его подъёма использованная фольга удаляется, оставляя на изделии только перенесённый рисунок. Затем система подачи фольги продвигает рулон для следующего цикла.

В случае промышленного прессового закалочного процесса процедура аналогична, но используется автоматизированная робототехника для перемещения нагретой металлической заготовки из печи в пресс, который затем быстро закрывается, одновременно формируя и закаливая деталь.

Инновации и применение в различных отраслях

Уникальная способность технологии горячего тиснения обеспечивать как премиальную эстетику, так и превосходные конструкционные характеристики сделала её незаменимой во множестве отраслей. Её применение выходит далеко за рамки простого нанесения надписей, стимулируя инновации в дизайне продукции, эффективности производства и защите бренда. От автомобильной безопасности до люксовых потребительских товаров — влияние горячего тиснения широко распространено и постоянно развивается.

В автомобильной отрасли прессовое закаливание является основополагающим элементом современной инженерии облегчения конструкции и безопасности транспортных средств. Производители изготавливают такие компоненты, как стойки A, стойки B, бамперы и продольные балки крыши, обладающие сверхвысокой прочностью на растяжение, что позволяет им поглощать огромную энергию удара при одновременном снижении общей массы автомобиля. Это приводит к повышению топливной экономичности и улучшению защиты пассажиров. Ведущие поставщики в этой области, такие как Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , предоставляем индивидуальные штамповочные матрицы и компоненты для автопроизводителей, используя передовые симуляции и сертифицированные процессы для поставки высококачественных деталей с высокой точностью и эффективностью.

Для упаковочной и полиграфической промышленности тиснение горячей фольгой является ключевым инструментом создания отличий бренда и воспринимаемой ценности. Оно выделяет продукцию на переполненных полках магазинов, придавая ощущение роскоши и качества. Это особенно заметно в упаковке косметики, этикетках вин и спиртных напитков, а также коробках высокотехнологичной электроники. Инновации компаний, таких как KURZ , представили передовые голографические пленки, сложные узоры и матовые покрытия, которые привлекают внимание и усиливают вовлеченность потребителей. Технология также используется в целях безопасности, где голографические пленки на этикетках и документах служат эффективной мерой защиты от подделок.

Технология горячего тиснения применяется также к пластмассам и другим товарам повседневного спроса. Она используется для нанесения долговечных, устойчивых к износу маркировок на медицинские приборы, электронные компоненты и бытовую технику. Для изделий класса люкс это обеспечивает чёткий и постоянный способ нанесения монограмм на кожаные сумки, кошельки и аксессуары — процесс, широко используемый такими брендами, как Louis Vuitton, для персонализации своей продукции. Благодаря универсальности этот метод можно адаптировать к различным формам и материалам, гарантируя высококачественную отделку, которая сохраняется в течение всего срока службы изделия.

Часто задаваемые вопросы о горячем тиснении

1. Какие материалы можно подвергать горячему тиснению?

Горячее тиснение отличается исключительной универсальностью и может применяться для широкого спектра материалов. В декоративных целях commonly используемые основы включают бумагу, картон, различные пластики (такие как ПВХ, полистирол и АБС), кожу и древесину. Для структурного прессового упрочнения процесс применяется в основном к определённым маркам листового металла, в первую очередь к сталям с добавлением бора; аналогичные процессы горячей формовки могут также использоваться для некоторых сплавов алюминия, магния и титана.

2. Чем горячее тиснение отличается от печати или тиснения?

Хотя все три процесса являются отделочными, они работают по-разному. Печать наносит жидкие чернила на поверхность, которые затем высыхают. Тиснение использует тепло и давление для переноса сухой фольги, в результате чего получается непрозрачное, зачастую металлическое покрытие, более прочное и яркое, чем многие виды чернил. Тиснение рельефа использует пару согласованных штампов для поднятия рисунка с поверхности основы без нанесения цвета. Тиснение фольгой может быть совмещено с рельефным тиснением за один шаг (так называемое комбинированное тиснение), чтобы создать объёмное изображение с фольгированием.

3. Устойчиво ли покрытие при тиснении фольгой?

Да, одно из ключевых преимуществ тиснения фольгой — его долговечность. Тепло и давление создают прочную связь между клеевым слоем фольги и основой. Это делает покрытие устойчивым к истиранию, выцветанию и влаге, поэтому такой метод часто выбирают для логотипов продукции, названий книг и других применений, где требуется долговечная и высококачественная маркировка.