Краткое содержание

Нарезание резьбы в штампе для автомобильной штамповки — это передовой производственный процесс, при котором операции нарезания резьбы интегрируются непосредственно в многооперационный штамп, что устраняет необходимость в дорогостоящей вторичной обработке. Синхронизируя головки для нарезания резьбы с ходом пресса, производители могут достигать скорости производства свыше 200 ходов в минуту (SPM), одновременно соблюдая стандарты качества «нулевой дефект», требуемые автопроизводителями. Эта технология значительно снижает затраты на рабочую силу, объем незавершенного производства (WIP) и требования к производственным площадям.

Обоснование бизнеса: почему автомобильная штамповка нуждается в нарезании резьбы в штампе

Неустанное стремление автомобильной промышленности к повышению эффективности сделало устранение вторичных операций стратегическим приоритетом. Традиционно штампованные детали, требующие резьбовых отверстий, перемещались на вторичный участок для ручной или полуавтоматической нарезки резьбы. Такой «разрыв процесса» создает несколько точек отказа: увеличение затрат на обработку, риск перепутывания деталей и снижение общей производительности. Интеграция операции нарезания резьбы в штамп превращает этот процесс в непрерывную однопроходную операцию.

Преимущества по стоимости и скорости
Основной финансовый фактор — снижение стоимости на единицу продукции. Используя существующее движение пресса, устройства для нарезания резьбы в штампе могут производить готовые детали со скоростью, сопоставимой со скоростью самого штамповочного пресса — часто до 250 ходов в минуту (SPM) для малых диаметров. Это значительно быстрее, чем у отдельных станков для нарезания резьбы. Кроме того, капитальные затраты на многоразовое устройство для нарезания резьбы (которое можно перемещать между штампами) зачастую ниже, чем стоимость приобретения специализированного вторичного станка для нарезания резьбы.

Культура нулевых дефектов
Автомобильные OEM-производители требуют строгого контроля качества. Системы, установленные в штампах, изначально повышают качество, обеспечивая точное расположение резьбы относительно других штампованных элементов, часто соблюдая допуски в пределах 0,001–0,002 дюйма. Встроенные датчики немедленно обнаруживают поломку метчика или подачу с ошибкой, останавливая пресс до того, как будет произведено тысячи бракованных деталей. Эта возможность необходима поставщикам, соблюдающим стандарты IATF 16949.

Для производителей, сталкивающихся с ограниченными производственными мощностями, или для тех, кто предпочитает не заниматься технической сложностью изготовления оснастки собственными силами, аутсорсинг у признанных лидеров является жизнеспособной стратегией. Ускорьте производство автомобилей с помощью Shaoyi Metal Technology , чьи комплексные решения штамповки позволяют перейти от быстрого прототипирования к серийному производству с использованием прессов мощностью до 600 тонн.

Сравнение основных технологий: серво- и механические системы

Выбор правильного механизма привода — это наиболее важное техническое решение для инженеров. Выбор между механическими и сервоприводными блоками зависит от объёма производства, сложности деталей и бюджета.

Механическая внутриформенная нарезка резьбы
Механические блоки являются основными рабочими лошадками в отрасли. Они приводятся в движение непосредственно ходом пресса, как правило, с использованием механизма типа «рейка-шестерня» или винтовой передачи. Такая синхронизация обеспечивает точное вхождение и выход метчика из материала в полном соответствии с циклом пресса.
Плюсы: Более низкая первоначальная стоимость, высокая надёжность, простое обслуживание и отсутствие необходимости во внешних источниках питания.
Минусы: Скорость жестко привязана к прессу; ограниченная гибкость при изменении глубины резьбы без переналадки.

Завинчивание резьбы в матрице с сервоприводом
Сервосистемы используют независимые двигатели для привода шпинделей завинчивания. Это разъединяет процесс нарезания резьбы и скорость хода пресса, обеспечивая программируемое управление скоростью, крутящим моментом и временем выдержки.
Плюсы: точное управление для сложных деталей, возможность «быстрого реверса» для сокращения времени цикла и способность нарезать крупные диаметры без замедления основного пресса.
Минусы: Более высокие первоначальные затраты (в 2–4 раза дороже механических систем), требуется электрическая интеграция и более сложное техническое обслуживание.

Согласно IMS Buhrke-Olson , механические системы по-прежнему являются идеальным выбором для простых высокотиражных серий, тогда как сервосистемы обеспечивают необходимую адаптивность для линий, производящих несколько вариантов деталей.

Техническая конфигурация: сверху вниз, снизу вверх и сопровождение полосы

Геометрия штампуемой детали и конструкция многооперационного штампа определяют физическую конфигурацию резьбонарезного устройства. Конструкторы штампов должны выбрать такую настройку, которая обеспечит движение материала, в частности «подъем полосы».

Резьбонарезание сверху вниз

Это стандартная конфигурация для плоских деталей с минимальным подъемом полосы. Резьбонарезное устройство устанавливается на верхней плите штампа и опускается вместе с ползуном пресса. Это наиболее распространенный и экономически эффективный метод, позволяющий достигать высоких скоростей. Однако он требует, чтобы полоса оставалась относительно неподвижной и плоской во время операции нарезания резьбы.

Нижнее нарезание резьбы

Когда в прогрессивном штампе требуется значительный подъем полосы (для обхода гибов или выступов), материал перемещается вертикально между позициями. В таких случаях блок нижнего нарезания устанавливается на нижнюю плиту штампа. Полоса опускается вниз на метчик, либо метчик поднимается навстречу полосе. Изготовитель отмечает, что нижнее нарезание эффективно компенсирует движение материала, используя ход пресса для позиционирования детали, а не для вращения, что особенно полезно, когда подъем полосы превышает стандартные пределы.

Технология сопровождения полосы

Для случаев, когда ход пресса короткий или подъем полосы чрезмерный (свыше 2,5 дюймов), решением являются устройства сопровождения полосы. Эти устройства «двигаются» вместе с полосой на части хода, фактически расширяя временное окно для нарезания резьбы. Это позволяет метчику завершить циклы нарезания резьбы даже на высокоскоростных прессах с коротким ходом, где стационарному устройству не хватило бы времени для входа и выхода из отверстия.

Операционное совершенство: смазка, защита и техническое обслуживание

Внедрение нарезания резьбы в штампе требует строгого подхода к обслуживанию и защите матриц для предотвращения катастрофического повреждения инструмента.

Смазка и Охлаждение
Нарезание резьбы создает значительное тепло и трение. Современные устройства для нарезания резьбы в штампе часто оснащены функцией «охлаждение через инструмент», подавая масло под высоким давлением непосредственно на режущую кромку. Это обеспечивает не только смазку резьбы, но и удаление стружки, которая в противном случае может заклинить инструмент или повредить поверхность детали.

Датчики защиты матрицы
Для работы в автоматическом режиме или с минимальным надзором обязательна установка надежных датчиков. Датчики должны контролировать:
1. Наличие метчика: Проверка целостности метчика после каждого цикла.
2. Положение заготовки: Обеспечение точного совмещения отверстия перед началом нарезания резьбы.
3. Пределы крутящего момента: Сервосистемы могут обнаруживать скачки крутящего момента (указывающие на затупление метчика или слишком малый диаметр отверстия) и немедленно останавливать пресс.

Быстрая замена при техническом обслуживании
Простои убивают рентабельность. Ведущие производители, такие как Автоматизированные системы нарезания резьбы используют винтовые соединения с быстроразъемным креплением, позволяющие операторам заменить изношенный метчик за считанные секунды, не снимая устройство с пресса. Регулярное техническое обслуживание должно быть направлено на очистку зубчатых колес и проверку синхронизации времени работы для предотвращения срыва резьбы.

Стратегическая ценность интеграции в штамп

Переход к нарезанию резьбы непосредственно в штампе знаменует этап зрелости операций по штамповке в автомобильной промышленности. Это позволяет производителю перейти от простого поставщика заготовок к поставщику готовых компонентов с добавленной стоимостью. Несмотря на необходимость освоения инженерных навыков — особенно в части согласования хода и управления подъёмом ленты — окупаемость инвестиций за счёт устранения вторичной логистики и достижения бездефектного производства не вызывает сомнений.

Для руководителей производств решение в конечном итоге сводится к балансу между первоначальными затратами на проектирование и долгосрочной экономией за счёт снижения трудозатрат и уменьшения занимаемой площади. Независимо от того, выбирается ли надёжный механический узел для высокоскоростного производства или универсальная сервосистема для группы деталей, нарезание резьбы в штампах является ключевым элементом современного конкурентоспособного автомобильного производства.

Часто задаваемые вопросы

1. Какова максимальная скорость нарезания резьбы в штампе?

Скорость производства в значительной степени зависит от размера метчика, материала и глубины резьбы. Для отверстий малого диаметра (например, М3–М5) в цветных металлах скорость может превышать 200 ходов в минуту. Для больших диаметров или более твёрдых материалов, таких как высокопрочная сталь, типичная скорость ниже — обычно от 60 до 100 ходов в минуту, чтобы контролировать нагрев и продлить срок службы инструмента.

2. Можно ли модернизировать существующие штампы для нарезания резьбы в штампе?

Да, но для этого требуется достаточное место в матрице. Устройства для нарезания резьбы компактны, однако в матрице должно быть открытое гнездо или достаточно места между существующими гнездами, чтобы разместить устройство и обеспечить необходимый ход выталкивателя. Необходимо проконсультироваться с конструктором матриц, чтобы определить, возможна ли модернизация или требуется изготовление новой матрицы.

3. Как предотвратить повреждение матрицы стружкой?

Управление стружкой имеет критическое значение. Большинство систем внутри матриц используют специализированные метчики (например, роликовые метчики), которые формируют резьбу без образования стружки. Если используются режущие метчики, применяется высоконапорная подача охлаждающей жидкости через инструмент и вакуумные системы для немедленного удаления стружки, предотвращая ее попадание в матрицу или повреждение деталей.