Когда в многопозиционном штампе ломается стальная пружина, линия останавливается, а со снятой крышкой оснастки механик ищет обломки витков по всему гнезду. Полиуретановая пружина такого сценария не даёт: она не ломается на осколки, а постепенно теряет ход, поэтому износ виден заранее. Ниже разберём, где полиуретан превосходит сталь и резину в штамповочной оснастке, какие цифры это подтверждают и как заказать пружину под ваш чертёж.
Что дают полиуретановые пружины в штампе и прессе
Полиуретановая пружина возвращает прижимной элемент штампа в исходное положение так же, как стальной виток, но делает это без риска усталостного излома и с более мягкой характеристикой усилия. Её ставят в съёмники, прижимы, выталкиватели и буферы пресс-форм, где деталь работает на сжатие тысячи циклов подряд.
Основное преимущество в характере работы. Стальной виток имеет жёсткую линейную характеристику и концентрирует напряжения в витках, поэтому со временем трескается у торца. Полиуретан деформируется всем объёмом, накапливает энергию и возвращает её при разгрузке. Эластичность отскока литьевого полиуретана составляет 34-61 %, то есть материал возвращает большую часть приложенной энергии, а не рассеивает её в тепло и пластическую деформацию.
Для конструктора это означает компактность. Там, где стальная пружина требует длинного гнезда под полный ход витков, полиуретановый элемент даёт нужное усилие на коротком рабочем ходе. Это критично для плотно скомпонованных штампов последовательного действия, где каждый миллиметр высоты пакета на счету.
Важна и стойкость к среде штампа. Поверхность оснастки постоянно покрыта маслом и смазочно-охлаждающей жидкостью, которые разъедают и ослабляют обычную резину. Литьевой полиуретан имеет отличную стойкость к техническим маслам, поэтому не набухает и не теряет усилие от контакта с ними, а рабочий диапазон -60 до +100 °C позволяет ему работать и в холодном цеху, и при нагреве оснастки во время интенсивного штампования.
Полиуретан против стальной пружины и резины: цифры
Прямой ответ: полиуретан выигрывает в износостойкости и долговечности на сжатие, сталь, в максимальном усилии и температуре, а резина проигрывает обоим по сроку службы. Чтобы решение было обоснованным, сравним ключевые характеристики по справочным данным.
| Характеристика | Литьевой полиуретан (PU) | Резина NBR | Углеродистая сталь (Ст3, Ст45) |
|---|---|---|---|
| Истирание, DIN 53516 | 38-39 мм³ | 80-150 мм³ | н/д |
| Рабочая температура | -60…+100 °C | -30…+100 °C | -40…+500 °C |
| Плотность | 1,05-1,25 г/см³ | 1,0-1,3 г/см³ | 7,7-7,9 г/см³ |
| Прочность на разрыв | 39-87 МПа | 10-25 МПа | 370-700 МПа |
| Эластичность отскока | 34-61 % | 20-45 % | н/д |
Две цифры в таблице решают большинство споров в пользу полиуретана. По истиранию по DIN 53516 полиуретан теряет 38-39 мм³ против 80-150 мм³ у резины NBR, то есть в реальных условиях работы выдерживает заметно дольше. По каноническому ориентиру ТИМОЛ, износостойкость полиуретана в 2-5 раза выше стандартной резины, и именно поэтому пружины из него не приходится менять ежемесячно.
Сталь выигрывает по двум пунктам: плотность 7,7-7,9 г/см³ даёт большую массу, а прочность на разрыв 370-700 МПа, очень высокое предельное усилие. Поэтому там, где нужно максимально жёсткое усилие прижима в тяжёлом прессе, сталь остаётся на месте. Но сталь не гасит удар, корродирует от СОЖ и разрушается усталостно. Полиуретан в шесть-семь раз легче при одинаковом габарите, не боится масел и работает в диапазоне -60 до +100 °C.
Совет инженера: подбирайте твёрдость пружины под усилие, а не наоборот. Для мягкого съёмника берите полиуретан около 80 Shore A, для жёсткого прижима, ближе к 95 Shore A или нижнему краю шкалы D. Оставляйте зазор на поперечное расширение: под нагрузкой полиуретан увеличивается в диаметре, и если гнездо впритык, деталь будет работать на распор и быстрее устанет.
Где стоят пружины и как их монтируют
Полиуретановые пружины устанавливают в гнёзда штамповочной оснастки на направляющую колонку или в глухое отверстие, где они работают на сжатие между подвижной и неподвижной плитами. Наиболее распространённые позиции: съёмники полосы, прижимы-складкодержатели при вытяжке, выталкиватели готовой детали и буферы, ограничивающие ход ползуна.
Монтаж прост: пружину надевают на направляющий стержень или вставляют в расточку так, чтобы она работала строго по оси сжатия. Главное требование, соосность и отсутствие перекоса, так как боковая нагрузка вредна для любого эластомера. Торцы изделия делают плоскими и параллельными, чтобы усилие распределялось равномерно, а не собиралось в кромке.
Обслуживание сводится к периодическому осмотру. Полиуретан не трескается внезапно, он постепенно оседает и теряет начальную высоту, поэтому по уменьшению рабочего хода легко спланировать замену до того, как усилие прижима упадёт ниже нормы. Это устраняет аварийные простои, характерные для стальных витков, ломающихся без предупреждения. О других износостойких решениях для узлов трения читайте в разделе каталог.
Как выбрать твёрдость, сечение и ход
Выбор начинается с нужного усилия и допустимого хода, а уже под них подбирают твёрдость и сечение. Полиуретан ТИМОЛ изготавливают в диапазоне твёрдости от 50 Shore A до 70 Shore D, поэтому одну и ту же геометрию можно сделать мягкой демпфирующей или жёсткой силовой.
Жёсткость элемента зависит от трёх параметров: твёрдости материала, площади сечения и рабочей высоты. Чем толще стенка и выше твёрдость, тем большее усилие при том же сжатии. Чем выше деталь, тем больший доступный ход. Поэтому под ограниченный габарит гнезда конструктор балансирует между твёрдостью и сечением, чтобы получить заданную характеристику.
Важно закладывать запас на сжатие. Рабочее сжатие полиуретановой пружины обычно удерживают в пределах, не доводящих материал до полного защемления объёма, иначе усилие резко растёт и ресурс падает. Опытный технолог завода рассчитает эти пределы под ваш цикл, если предоставить усилие, ход и габарит гнезда. Вопросы подбора твёрдости под конкретную химию и абразив подробно раскрыты в справочном разделе.
Изготовление полиуретановых пружин под чертёж на заводе ТИМОЛ
Заказать полиуретановые пружины под конкретный штамп можно непосредственно на заводе ТИМОЛ в Днепре. Изделия льют по технологии свободного литья, что позволяет изготавливать как простые цилиндрические пружины, так и фасонные элементы с отверстиями под направляющие, буртами и посадочными поясками под ваше гнездо.
Технология свободного литья не требует дорогой металлической пресс-формы на каждый типоразмер, поэтому она экономически оправдана и для единичного ремонтного изделия, и для серии. Полиуретановые решения применяют в 12 отраслях промышленности, от металлообработки до горнодобывающей техники, и в каждой деталь делают под фактические условия узла.
Пришлите чертёж, эскиз или образец изношенной стальной пружины, и специалисты подберут твёрдость, рассчитают усилие и согласуют срок. За консультацией и расчётом под вашу оснастку обращайтесь через страницу контактов.