Gdy w wielopozycyjnej matrycy pęka stalowa sprężyna, linia staje, a z zdjętą pokrywą oprzyrządowania mechanik szuka odłamków zwojów po całym gnieździe. Sprężyna poliuretanowa takiego scenariusza nie dopuszcza: nie łamie się na odłamki, a stopniowo traci skok — więc zużycie widać z wyprzedzeniem. Poniżej omówimy, gdzie poliuretan przewyższa stal i gumę w oprzyrządowaniu tłocznym, jakie liczby to potwierdzają i jak zamówić sprężynę według rysunku.
Co dają sprężyny poliuretanowe w matrycy i prasie
Poliuretanowa sprężyna zwraca element dociskający matrycy do pozycji wyjściowej tak samo jak stalowy zwój, ale bez ryzyka pęknięcia zmęczeniowego i z łagodniejszą charakterystyką siły. Montuje się ją w zdejmakach, dociskaczach, wypychaczach i buforach form tłocznych, gdzie detal pracuje na ściskanie tysiące cykli z rzędu.
Główna zaleta leży w charakterze pracy. Stalowy zwój ma sztywną liniową charakterystykę i koncentruje naprężenia w zwojach, dlatego z czasem pęka przy czole. Poliuretan odkształca się całą objętością, akumuluje energię i zwraca ją przy odciążeniu. Elastyczność odskoku odlewanego poliuretanu wynosi 34-61 %, czyli materiał zwraca większą część przyłożonej energii zamiast rozpraszać ją w ciepło i odkształcenie plastyczne.
Dla konstruktora oznacza to kompaktowość. Tam, gdzie stalowa sprężyna wymaga długiego gniazda pod pełny skok zwojów, element poliuretanowy daje wymaganą siłę na krótkim skoku roboczym. Jest to krytyczne dla ściśle zabudowanych matryc postępowych, gdzie każdy milimetr wysokości pakietu jest na wagę złota.
Ważna jest też odporność na środowisko matrycy. Powierzchnia oprzyrządowania jest stale pokryta olejem i cieczą chłodząco-smarującą, które niszczą i osłabiają zwykłą gumę. Odlewany poliuretan ma doskonałą odporność na oleje techniczne, dlatego nie pęcznieje i nie traci siły od kontaktu z nimi, a zakres roboczy -60 do +100 °C pozwala mu pracować zarówno w zimnym warsztacie, jak i przy nagrzewaniu oprzyrządowania podczas intensywnego tłoczenia.
Poliuretan kontra stalowa sprężyna i guma: liczby
Bezpośrednia odpowiedź: poliuretan wygrywa pod względem odporności na zużycie i trwałości na ściskanie, stal — pod względem maksymalnej siły i temperatury, a guma przegrywa z obydwoma pod względem żywotności. Żeby decyzja była uzasadniona, porównamy kluczowe charakterystyki według danych referencyjnych.
| Charakterystyka | Odlewany poliuretan (PU) | Guma NBR | Stal węglowa (St3, St45) |
|---|---|---|---|
| Ścieralność, DIN 53516 | 38-39 mm³ | 80-150 mm³ | n/d |
| Temperatura pracy | -60 do +100 °C | -30 do +100 °C | -40 do +500 °C |
| Gęstość | 1,05-1,25 g/cm³ | 1,0-1,3 g/cm³ | 7,7-7,9 g/cm³ |
| Wytrzymałość na rozrywanie | 39-87 MPa | 10-25 MPa | 370-700 MPa |
| Elastyczność odskoku | 34-61 % | 20-45 % | n/d |
Dwie liczby w tabeli rozstrzygają większość sporów na korzyść poliuretanu. Pod względem ścieralności wg DIN 53516 poliuretan traci 38-39 mm³ wobec 80-150 mm³ gumy NBR, czyli w rzeczywistych warunkach pracy wytrzymuje zauważalnie dłużej. Zgodnie z kanonicznym punktem odniesienia TIMOL — odporność poliuretanu na zużycie jest 10 razy wyższa niż standardowej gumy, i właśnie dlatego sprężyn z niego nie trzeba wymieniać co miesiąc.
Stal wygrywa w dwóch punktach: gęstość 7,7-7,9 g/cm³ daje dużą masę, a wytrzymałość na rozrywanie 370-700 MPa — bardzo wysoką graniczną siłę. Dlatego tam, gdzie potrzebna jest maksymalnie sztywna siła docisku w ciężkiej prasie, stal pozostaje na miejscu. Ale stal nie tłumi uderzenia, koroduje od cieczy chłodząco-smarujących i ulega zniszczeniu zmęczeniowemu. Poliuretan jest sześć-siedem razy lżejszy przy tym samym gabarycie, nie boi się olejów i pracuje w zakresie -60 do +100 °C.
Wskazówka inżyniera: dobieraj twardość sprężyny pod siłę, a nie odwrotnie. Do miękkiego zdejmaka bierz poliuretan ok. 80 Shore A, do sztywnego docisku — bliżej 95 Shore A lub dolnej krawędzi skali D. Zostaw luz na rozszerzenie poprzeczne: pod obciążeniem poliuretan zwiększa się na średnicy, i jeśli gniazdo jest ciasne, część będzie pracowała na rozpieranie i szybciej się zmęczy.
Gdzie montuje się sprężyny i jak je montować
Poliuretanowe sprężyny montuje się w gniazdach oprzyrządowania tłocznego na kolumnę prowadzącą lub w ślepy otwór, gdzie pracują na ściskanie między ruchomą i nieruchomą płytą. Najczęstsze pozycje to zdejmaki paska, dociskacze-fałdowniki przy głębokim tłoczeniu, wypychacze gotowego detalu i bufory ograniczające skok suwaka.
Montaż jest prosty: sprężynę zakłada się na pręt prowadzący lub wkłada do wytoczenia tak, aby pracowała ściśle wzdłuż osi ściskania. Główny wymóg — współosiowość i brak odchylenia, bo obciążenie boczne jest szkodliwe dla każdego elastomeru. Czoła wyrobu robi się płaskie i równoległe, aby siła rozkładała się równomiernie, a nie skupiała na krawędzi.
Obsługa sprowadza się do okresowych przeglądów. Poliuretan nie pęka nagle — stopniowo osiada i traci wyjściową wysokość, dlatego po zmniejszeniu skoku roboczego można zaplanować wymianę zanim siła docisku spadnie poniżej normy. Eliminuje to awaryjne przestoje charakterystyczne dla stalowych zwojów łamiących się bez ostrzeżenia. O innych rozwiązaniach odpornych na zużycie dla węzłów tarcia przeczytasz w sekcji katalogu.
Jak wybrać twardość, przekrój i skok
Wybór zaczyna się od wymaganej siły i dopuszczalnego skoku, a pod nie dobiera się twardość i przekrój. Poliuretan TIMOL wykonuje się w zakresie twardości od 50 Shore A do 70 Shore D, dlatego tę samą geometrię można wykonać jako miękką tłumiącą lub sztywną siłową.
Sztywność elementu zależy od trzech parametrów: twardości materiału, pola przekroju i wysokości roboczej. Im grubsza ścianka i wyższa twardość, tym większa siła przy tym samym ściskaniu. Im wyższy detal, tym większy dostępny skok. Dlatego przy ograniczonym gabarycie gniazda konstruktor balansuje między twardością a przekrojem, aby uzyskać zadaną charakterystykę.
Ważne jest zaplanowanie zapasu na ściskanie. Roboczy skok sprężyny poliuretanowej utrzymuje się zazwyczaj w granicach niedoprowadzających materiału do pełnego zakleszczenia objętości — inaczej siła gwałtownie wzrasta i zasób spada. Doświadczony technolog zakładu obliczy te granice pod Twój cykl, jeśli podasz siłę, skok i gabaryty gniazda. Zagadnienia doboru twardości pod konkretną chemię i ścierniwo omawiamy szczegółowo w sekcji informacyjnej.
Wykonanie sprężyn poliuretanowych według rysunku w zakładzie TIMOL
Zamówić sprężyny poliuretanowe pod konkretną matrycę można bezpośrednio w zakładzie TIMOL w Dnieprze. Wyroby odlewa się technologią odlewania swobodnego, co pozwala wykonywać zarówno proste sprężyny cylindryczne, jak i elementy profilowe z otworami pod prowadnice, kołnierzami i pasami osadzenia pod Twoje gniazdo.
Technologia odlewania swobodnego nie wymaga kosztownej metalowej formy tłocznej na każdy typowymiar, dlatego jest ekonomicznie uzasadniona zarówno dla jednostkowego wyrobu remontowego, jak i dla serii. Rozwiązania poliuretanowe stosowane są w 12 branżach przemysłu — od obróbki metali po technikę górniczą — i w każdej z nich detal wykonuje się pod rzeczywiste warunki węzła.
Prześlij rysunek, szkic lub próbkę zużytej stalowej sprężyny, a my dobierzemy twardość, obliczymy siłę i uzgodnimy termin. Po konsultację i kalkulację pod Twoje oprzyrządowanie skontaktuj się przez stronę kontaktów.