Повсеместно растет потребность в инновационных конструкциях пресс-форм по мере того, как производители автомобилей испытывают потребность во все более крупных и сложных деталях.

Автомобильный рынок предоставляет большие возможности в области производства термоформованных деталей, но только в том случае, если обработчики и производители оборудования будут внедрять высокотехнологичные конструкции пресс-форм и технологии формования.

Производители автомобилей и прочих транспортных средств предпочитают термоформование благодаря тем преимуществам, которые оно предоставляет в области конструирования и сборки крупных деталей, а также благодаря получаемой экономии. Термоформование можно использовать для производства крупных деталей, начиная от обшивки оснований и корпусов боковин задка кузова, и кончая  облицовкой бампера и панелей качающихся рычагов нижней части кузова, и при стоимости инструмента, которая составляет лишь часть от стоимости инструмента для литьевого формования.

Последние разработки в области конструирования инструментов, в сочетании с достижениями  в области материалов для изготовления инструментов, таких как алюминий, позволяют формовать все более сложные детали с размерными допусками, которые близки к допускам, получаемым при литьевом формовании. Чарльз Бюлер, инженер по технической интеграции в компании General Motors Corp., говорит, что допуски термоформованных панелей качающихся рычагов для автомобиля Cadillac STS-V были настолько жесткими, что поставщиков деталей для этого автомобиля, работавших с литьевым формованием, попросили усовершенствовать свои спецификации.

Тем не менее, возможности, которые предоставляет автомобильная промышленность, доступны далеко не каждой компании, которая занимается термоформованием или производством инструментов. По мере того, как компоненты становятся все более и более сложными в техническом и эстетическом планах (для многих применений требуется покрытие класса A, которого обычно можно добиться за счет использования лакокрасочных пленок), компании, которым удается получить контракты, становятся компаниями, инвестирующими в технологии и научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы, которые необходимы для производства высококачественных деталей и инструментов.

Успешное термоформование

Одной из наиболее успешных компаний, занимающихся термоформованием для автомобильной промышленности в Северной Америке, является Durakon Industries Inc. (Лапир, Мичиган). Компания быстро и с прекрасным качеством производит крупные детали. Всего за шесть недель она спроектировала и начала производство щитков от попадания камней, которые термоформуются с лакокрасочными пленками, для задних брызговиков автомобиля Chevrolet SSR.

Модель SSR стала первым автомобилем GM, в котором использовались термоформованные детали. Но прежде чем Durakon смогла достигнуть развития, которое позволило компании помочь GM с разработкой и производством деталей класса A, она была вынуждена инвестировать миллионы долларов в модернизацию своих производственных мощностей.

“В 2000 году мы производили крупные, черные и относительно неточные обшивки оснований для грузовых пикапов”, - говорит ДеЛеонард. Компания Durakon приняла стратегическое решение модернизировать свою технологию обработки и технологию создания инструментов. С тех пор компания смогла не только существенным образом улучшила стиль и допуски для своего основного бизнеса по производству обшивки, но и расширила его, занявшись корпусами боковин задка кузова, приборными панелями, качающимися рычагами и обшивкой ниш для колес. Недавно контракт компании на поставку двухлистовых боковин задка кузова для спортивного легкого грузовика Chevrolet Avalanche был продлен до 2012 года.

Автомобильная промышленность для производителя инструментов

Несмотря на высокие барьеры для тех, кто хочет работать на этом рынке, автомобильная промышленность дает большие преимущества производителям инструментов, которые способны преодолевать эти барьеры.

По оценкам некоторых экспертов, на долю автомобильной промышленности приходится почти 20% от оценивающегося в $2.8-миллиарда рынка промышленного термоформования Северной Америки. Это около $560 миллионов в год.

Выступая на конференции по термоформованию SPE, проходившей в сентябре прошлого года в Цинциннати, Бюлер заявил, что, если перевести на термоформование все выпускаемые компанией приборные панели, качающиеся рычаги, молдинги боковин кузова и ниши для колес, то она будет производить ежегодно 128 миллионов деталей, что означает доход $256 миллионов для термоформовщиков при средней марже в $2 на деталь. И это только один производитель автомобилей. И речь идет только о деталях внешней оснастки. Эта технология также используется для производства внутренних компонентов, таких как двери и приборные панели.

Тенденции развития конструирования автомобилей благоприятны для термоформования. Производители автомобилей продолжают отдавать предпочтение производству избранных моделей для отдельных ниш, что обычно предполагает производство десятков или нескольких сотен тысяч автомобилей, что вполне соответствует пределам возможностей имеющихся в настоящее время инструментов. Бюлер назвал цифры по производству двух моделей, в которых используются термоформованные внешние панели: Chevrolet HHR, грузо-пассажирский автомобиль в стиле ретро, который производится ежегодно в количестве 220,000 штук, и Buick Lucerne, на долю которого приходится 80,000-100,000 автомобилей в год.

У термоформования имеется также еще одно преимущество. Оно, в общем и целом, изолировано от конкурентов из других стран. По крайней мере, на данный момент. Многие детали крупные и объемные, и непрактично транспортировать их на большие расстояния.

Тенденции конструирования инструмента начинают становиться аналогичными тенденциям в области литьевого формования, в первую очередь, поскольку термоформование автомобильных деталей становится все сложнее. Одним из результатов такого конструирования является то, что во все большее количество инструментов начинает включать подвижные детали, такие как выталкиватели дорна, боковые шиберы, а также приводные механизмы для получения экстремальных углов конусности отливки и надрезов.

Эксплуатационные характеристики инструмента также начинают все больше зависеть от более высокой степени автоматизации при термоформовании. Развивающейся технологией является нарезание на месте, вторичная технология нарезания деталей, обычно с помощью робототехнического устройства, в то время, когда деталь находится еще в пресс-форме. Это позволяет не только повысить точность окончательной отделки и ее скорость, но и уменьшить объемы ручного труда при погрузке/разгрузке деталей, что позволяет сократить производственные затраты.

Даже рамы зажимного устройства, которые держат листы, модернизируют для того, чтобы повысить качество деталей. Одним из разрабатываемых в настоящее время устройств является шарнирно-расчлененная рама, динамическая конструкция, которая изменяет форму перед формованием так, чтобы нагретый лист повторял контуры инструмента, а не формовался полностью за счет проталкивания вниз в пресс-форму. За счет изменения формы листа до его введения в пресс-форму, обработчики могут получать улучшенное распределение материла по всей детали и уменьшить потребление материала на 30 процентов и более, что, в конечном итоге, снижает затраты на деталь.

Термоформование автомобильных деталей также переходит с работы с разрезанными листами на работу с рулонной подачей, здесь преимуществами являются более скоростное производство и одновременное формование и окончательная отделка, особенно, при использовании машин центробежного формования.

По мере того, как большая степень автоматизации и точности становятся технологической нормой, необходимостью становится проектирование и создание инструментов в соответствии с точными стандартами для производства детали.

Механическая обработка инструментов для термоформования аналогична обработке пресс-форм для литьевого формования, по крайней мере, в том, что касается оборудования. Многие центры механизированной обработки с подвижностью робота в трех или пяти направлениях, предназначенные для цехов, занимающихся литьевым формованием, используются также и производителями инструментов.

Алюминиевый материал для пресс-форм

Одной из областей, в которой в настоящее время ведутся разработки, является создание алюминиевых сплавов для производства. Последние достижения связаны с марками, которые сочетают более высокие уровни твердости для повышения эффективности механической обработки и получения более качественного поверхностного покрытия, с такими преимуществами традиционных алюминиевых сплавов, как теплопроводность, устойчивость к коррозии, способность быстро подвергаться ремонту (сварке) и анодированию.

Примеры таких марок можно найти у компании-дистрибьютора Clinton Aluminum & Stainless Steel (Клинтон, Огайо). Представитель компании говорит, что в числе предлагаемых марок имеется 6056, сплав, усовершенствованный по сравнению с алюминием 6061, который используется для производства инструментов, а также Alumold 1-500, иностранная марка, которая конкурирует со сталью для изготовления инструментов P20 в том, что касается твердости. Alcan производит обе марки.

Марка 6056 сопоставима с маркой 6061 практически во всех областях. Основным различием является способность поддаваться механизированной обработке. По словам представителя компании, более высокая твердость означает, что механическая обработка осуществляется быстрее, чем при использовании 6061. Хотя более высокая твердость означает, что ремонт инструмента также занимает больше времени при использовании 6056, чем при использовании 6061, начальные затраты на инструменты можно снизить за счет уменьшения продолжительности механической обработки, что является основным соображением для производителей автомобилей.

Рецептура Alumold 1-500 создана для производства крупносерийных партий. Ее твердость, аналогичная твердости P20, еще больше повышает эффективность механической обработки, но это компенсируется большей продолжительностью ремонта инструмента. Представитель компании говорит, что марка предназначена для крупносерийного производства.

Компания Copper & Brass Sales (Саутфилд, Мичиган), подразделение ThyssenKrupp Materials NA, поставляет еще один алюминиевый сплав с высокой твердостью, 6013, который также производится Alcoa. Специалист по продукту Даг Зиуг говорит, что данный материал способен обеспечить ускорение механической обработки на 25 - 40 процентов, повышение скорости подачи материала, меньшие размеры отходов, а также 20-процентное улучшение окончательной отделки поверхности по сравнению со сплавами 6061.

Криогенная техника

Одной из технологий, которая, по имеющимся данным, способна улучшить параметры механической обработки и повысить точность размерных допусков алюминия, является криогенная обработка. Стив Кербер, владелец компании Results Cryo Inc. (Стерлинг, Иллинойс), говорит, что алюминиевый сплав является материалом с высоким напряжением, а криогенная обработка позволяет устранить 99 процентов этого напряжения, и получить металл со значительно более высокой размерной стабильностью. Технология также позволяет повысить прочность на разрыв, улучшить скорость и однородность в области теплопроводности, а также получить долговечное окончательное покрытие.

Кербер говорит, что обработанный криогенным способом алюминий уменьшает продолжительность необходимой машинной обработки на целых 30 процентов. Она также продлевает срок эксплуатации инструмента. “Я гарантирую двойной срок эксплуатации для любой пресс-формы”, - добавляет он.

При использовании данной технологии алюминий (и прочие металлы, включая нержавеющую сталь) доводят с температуры окружающей среды до -300°F со скоростью одного градуса в минуту. Его держат при температуре -300° на протяжении, по крайней мере, 24 часов, затем медленно возвращают к температуре окружающей среды. Технологический процесс завершает собственная вторичная технология обработки компании.

Материалы с плунжерной поддержкой

Разработки ведутся также и в области создания материалов для методов с плунжерной поддержкой. Хотя многие работают с алюминием, одна из компаний, CMT Materials Inc. (Эттлборо, Массачусетс), производит материалы для плунжерной поддержки из смеси эпоксидной смолы и синтаксического пенопласта. Основным преимуществом по сравнению с алюминием, по словам Ноэля Тессье, старшего инженера по материалам, являются эксплуатационные характеристики и экономия.

Тессье говорит, что такие экопсидно/ синтксические материалы для плунжерной поддержки являются устойчивыми к истиранию, в первую очередь, благодаря использованию стеклянных микросфер в синтаксическом пенопласте, что позволяет получить поверхность, на 50% состоящую из воздуха. Износостойкость дополнительно продлевает срок эксплуатации материалов для плунжерной поддержки. У материла - низкая теплопроводность, поэтому лист не теряет тепло, что позволяет снизить энергозатраты и сократить продолжительность охлаждения для материалов с плунжерной поддержкой. Низкая теплопроводность также означает, что лист сохраняет большее количество теплоты. Таким образом, достигается лучшее распределение материала в инструменте. Тессье утверждает, что термоформовщики могут уменьшить толщину листа на 20% при использовании плунжерной поддержки от CMT. Это позволяет сэкономить до 25 процентов по сравнению с затратами на алюминиевые варианты.

Компоненты регулирования крепежной плиты пресс-формы

Быстрый переход с одного вида продукции на другой является очевидным производственным преимуществом, особенно, когда речь идет о чувствительных в отношении затрат деталях автомобилей Различные поставщики предлагают компоненты регулирования крепежной плиты пресс-формы, которые позволяют ускорить смену инструмента.

Одной из таких компаний является Thermoforming Connection LLC (Шелтон, Коннектикут), которая расширила линию TCAL (правильное расположение и закрепление Thermoforming Connection) из цилиндров расположения и закрепления за счет добавления цилиндра TC2 Small-Fry. Он предназначен для небольших крепежных плит пресс-форм, которым необходимо статическое усилие зажима не менее 1,200 фунтов (ранее усилие зажима составляло 2,500 фунтов).

В TC2 используется конструкция с конической ручкой с наружной нарезкой и с шариковым фиксатором. Применение 35 фунтов давления воздуха высвобождает пять шариков фиксатора в цилиндре. После того как ручка вставлена и установлена в цилиндре в правильное положение, доступ воздуха прекращается, и шарики запирают устройство. Томас Стейз, президент, утверждает, что точность расположения составляет +/-0.0005 дюймов или менее.

Общие выводы

Производители инструментов смогут расширить свой бизнес за счет растущего спроса на термоформованные детали в автомобильной промышленности. Требования к компаниям, выходящим на этот рынок, высоки, и работа с производителями может представлять некоторые трудности. Те компании-производители инструментов, у которых имеется достаточный технический опыт, и, попутно, большие денежные ресурсы, необходимые для разработки инновационных конструкций и технологий производства, получат значительную отдачу. Как отметил Бюлер, рассказывая о поставках GM, - “Если Вы все делаете правильно и осуществляете поставки вовремя, Вы получите от нас множество заказов”.

www.newchemistry.ru