Пресс формы из металла
Мы проконсультируем вас по любым вопросам!
Пресс-формы — основные элементы в конвейерном производстве металлических, пластмассовых и других литьевых изделий. Они определяют форму конструкции изготавливаемых объектов. От точности налаженности производства пресс-форм зависит качество конечной продукции.
Что такое пресс-форма
Пресс-форма — устройство для формирования изделий разной конструкции из пластмасс, резины, металлов и другого сырья под действием давления, образуемого на литьевых машинах. Это емкость, повторяющая очертания готового объекта, в которую заливается расплавленный материал.
Пресс-формы используют во время литья под давлением металлических и пластмассовых матеиалов и по выплавляемым моделям, а также прессования полимеров. Из-за довольно высокой цены чаще всего их применяют для массового и серийного изготовления.
Конструкция пресс-формы
Пресс-формы состоят из деталей, условно делящихся на две группы. Первую представляют элементы технологического назначения (рабочие). Они соприкасаются с перерабатываемым сырьем и принимают непосредственное участие в придании изделиям необходимой формы. К ним относятся пуансоны, матрицы, вкладыши, кольца, резьбовые знаки.
Во второй группу входят детали конструктивного значения. При формовании изделий они не соприкасаются с материалом. Предназначены для обеспечения работы элементов технологического назначения и необходимы для взаимной фиксации в определенном положении деталей формы, закрытия и открытия ее, а также связи с узлом смыкания формы литьевого оборудования. К ним относятся фиксаторы, выталкиватели, направляющие колонки, втулки, опорные планки, система подогрева и охлаждения, ручки форм.
Классификация видов пресс-форм
По принципу действия пресс-формы делятся на:
- Прямого прессования. Используют для разработки объектов простой формы. Ввиду высокой стоимости производства их не применяют для изготовления больших партий продукции. Конструкция пресс-формы включает матрицу, на которую выкладывается сырье, и пуансон для его уплотнения. Зажатый между двумя элементами материал утончается и заполняет все углубления формы.
- Литьевого прессования. Главным преимуществом является возможность изготовления больших партий продукции разной конфигурации и сложности. Перед прессованием они находятся в сомкнутом состоянии. Заливка сырья в них осуществляется при помощи отдельной загрузочной камеры (верхней или нижней).
Формы для изготовления объектов методом литья классифицируются по нескольким признакам.
По характеру использования — съемные и стационарные. Формы первого типа в процессе формирования изделий не фиксируются на плитах литьевых машин и периодически убираются с них с целью извлечения готовой продукции. Стационарные пресс-формы встречаются чаще, чем съемные. Заливка материала в них, а также извлечение изготовленных изделий выполняется без необходимости снятия их с плиты автомата для литья.
По расположению плоскости разъема — с вертикальными и горизонтальными плоскостями. Формы с одной вертикальной поверхностью оснащены разъемом на две части (пуансон и матрицу) в одной плоскости, которая перпендикулярна горизонтальному положению усилия узла смыкания. Емкости с двумя вертикальными поверхностями имеют разъем из трех частей в двух плоскостях.
В пресс-формах с парой горизонтальных поверхностей образован разъем на три отрезка в двух плоскостях, которые перпендикулярны вертикальному расположению усилия узла смыкания.
По количеству одновременно формируемых объектов — одно- и многогнездные. В первых за один цикл литья образуется одно изделие, во вторых — несколько.
По способу вынимания готовых изделий — с выталкивающими вкладышами или стержнями, без выталкивателя и со сталкивающей плитой. Из пресс-форм последнего типа объекты извлекают посредством сжатого воздуха либо вручную. Выталкивающие вкладыши при формовании частично или полностью образуют определенную поверхность продукции, а во время выталкивания — давят на нее, пока изделие не выпадет из формы. Выталкивающие стержни при извлечении объекта давят только на его отдельные участки.
Пресс-формы с холодноканальной и горячеканальной литниковой системой
Литниковая система — элемент конструкции пресс-формы из резервуаров и каналов, через которые жидкий материал подается в полость для литья. При использовании холодноканальной системы литник не нагревается. При остывании сформированной отливки он охлаждается, а затем выпадает с ней во время, либо после открытия пресс-формы. Изделия с холодноканальной системой отличаются надежностью, невысокой стоимостью, простотой в применении и обслуживании. Но нередко эти достоинства перекрывает единственный недостаток — наличие ненужного литника после завершения каждого цикла литья.
При применении пресс-форм с горячеканальной системой литник расплавленный. Разогрев системы осуществляется перед запуском пресс-формы в работу, а во время всего производственного цикла материал в литнике поддерживается в вязкотекучем состоянии.
Пресс-формы с горячеканальной литниковой системой характеризуются дороговизной и непростой конструкцией, требуют больших затрат электроэнергии и интенсивного охлаждения, сложны в обслуживании (случаются поломки нагревателей, в полость горячего канала иногда попадают примеси, перегорает нетермостойкий полимер, пр.). Главное преимущество — отсутствие затвердевших литников (хотя иногда они и присутствуют), которые выпадают с готовой продукцией при каждом цикле литья. Это позволяет не только экономить сырье и предотвращать образование производственных отходов, но и применять литьевые машины с меньшим объемом впрыска, а также ускорять процесс охлаждения изготовленных объектов.
Как принимать готовую пресс-форму
Большинство предприятий, занимающихся производством изделий из полимерного сырья, не располагают собственными подразделениями по изготовлению оснастки. Новая пресс-форма, как правило, заказывается у сторонних организаций, специализирующихся в данной сфере. Поскольку как в России, так и в Китае представлены сотни компаний, обещающих произвести ПФ любой сложности, быстро и «по низкой цене» — для заказчика критически важен контроль качества.
Оптимально вести мониторинг процесса проектирования и изготовления пресс-форм на всех этапах, от создания модели и анализа литьевых процессов, поскольку это поможет избежать корректировки уже готовой оснастки в металле. Если проводить контроль качества уже после получения ПФ от изготовителя на собственном ТПА, то существует вероятность срыва сроков ввода в серию новой номенклатуры, а также неочевидная перспектива претензионной работы с предприятием-изготовителем. Как российские, так и китайские промышленные предприятия нередко пытаются снизить свои издержки, внося изменения в конструкцию оснастки (делая ее более массивной, чем нужно) и используя металл более низкого качества, что неминуемо скажется на ресурсе ПФ. Контроль на каждом этапе позволит превратить приемку пресс-формы в простую процедуру с предсказуемым результатом.
Основные этапы контроля изготовления оснастки
Разработка трехмерных моделей изделия и непосредственно пресс-формы должны быть согласованы с предприятием изготовителем, все характеристики ПФ должны точно соответствовать конструкторской документации, все изменения допускаются только после согласования с заказчиком. Это позволит избежать ситуаций, когда завод увеличивает толщину стенок пресс-формы для обеспечения необходимой жесткости, что приводит к увеличению массы оснастки и невозможности её эксплуатации на термопластавтомате заказчика.
Оптимально, если представитель заказчика проведет контроль химического состава и твердости сплавов, используемых для пресс-формы, особенно если планируется литье пластика, обладающего коррозионной активностью. Также будет полезен контроль производства, в этом случае все возникающие проблемы можно решить на ранних стадиях, до отправки изделия заказчику. Проведение испытаний на площадях изготовителя позволит выявить возможные конструктивные дефекты, оценить качество готовых изделий, отследить возможный брак, внести изменения в пресс-форму.
Важно получить готовые отливки, полученные в результате испытаний, для контроля собственными техническими службами, поскольку за качество изделий из пластика будет отвечать непосредственно владелец пресс-формы. Если требуется доводка оснастки, то желательно не оставлять этот процесс полностью на изготовителя, поскольку всегда существует риск формального подхода, а не решения проблем с качеством отливок из полимерного сырья.
Пресс-форма доставлена заказчику
Вместе с изготовленной оснасткой необходимо получить рабочую документацию, чтобы иметь возможность изготовить точные копии ПФ без доводок и повторения ошибок, данный пункт должен быть изначально зафиксирован в договоре.
После распаковки важно проверить соответствие всех комплектующих спецификациям из КД, чтобы избежать замены комплектующих на более бюджетные и с меньшим качеством/ресурсом. Все формообразующие поверхности должны быть проверены независимой лабораторией, с приложением соответствующим образом заверенной карты замеров.
После установки ПФ на термопластавтомат и завершения пусконаладочных работ следует провести испытания оснастки в течение нескольких смен, для того чтобы проанализировать возможные дефекты готовых отливок, реальное время цикла, соответствие готовой продукции допускам, указанным в техническом задании. Существуют определенные нюансы со спариваемыми изделиями, иногда размеры каждой части сборной конструкции соответствуют полю допуска, но собрать из них готовое изделие не получается. Если есть требования к собираемости, то их следует предусматривать в техническом задании, чтобы изготовитель пресс-формы провел соответствующие испытания.
Соответствие полученной пресс-формы предъявляемым требованиям фиксируется актом приемки. Все аспекты гарантийного и постгарантийного обслуживания, сферы ответственности должны быть прописаны в договоре и не допускать неоднозначного толкования. И заказчик и изготовитель должны иметь четкие критерии наступления гарантийного случая и ответственности за затраты на гарантийный ремонт, в том на числе транспортные расходы, таможенные процедуры.
3D-технологии для литейного производства: как создать форму для отливки за неделю
3D-технологии, интегрированные в технологическую цепочку литейного производства, обеспечивают предприятию реальную выгоду. Как показать все преимущества 3D-сканирования и 3D-печати? Нагляднее всего – продемонстрировать процесс создания детали с нуля аддитивными методами и провести сравнение с традиционными технологиями. С этой целью мы обратились к Павлу Чадушкину, ведущему специалисту производственного направления RP-центра компании iQB Technologies.
– Итак, наша задача – создать эталонную деталь на основе цифровой модели для последующей отливки реального изделия. С чего начинается этот процесс, если мы применяем 3D-технологии?
– Прежде всего, нам необходимо исходное изделие, которое нужно отсканировать, а затем выполнить обратное проектирование (реверс-инжиниринг). Конечно, оно должно быть новое, не бывшее в употреблении, чтобы не было износа детали. Мы оцениваем, насколько сложна ее геометрия и после этого задаем только один вопрос: какой должен быть допуск по точности? Уже по внешнему виду можно понять, каким образом эта деталь производится. Чаще всего это литье (высокоточное или в землю), фрезерование или изготовление на токарном станке. У каждой из этих методик производства есть свои допуски.
После того, как мы имеем представление о технологии производства и допуске, мы выбираем оборудование, а именно – 3D-сканер с нужными нам параметрами точности, и производим оцифровку изделия. Например, ручной сканер Creafrom HandyScan 700 или стационарный Solutionix C500. Такие устройства метрологического класса уже хорошо зарекомендовали себя на производственных предприятиях. Получив 3D-модель, мы переносим ее в программное обеспечение Geomagic Design X, позволяющее быстро и легко обработать данные 3D-сканирования с целью выполнения контроля геометрии и реверс-инжиниринга. Затем к работе подключается инженер, который по результатам сканирования обрисовывает эту деталь и создает твердотельную модель.
В процессе обрисовки инженер исключает из твердотельной модели различные недостатки изделия. Здесь нужно подчеркнуть, что абсолютно любое изделие имеет производственные деформации. Они могут быть обусловлены разными факторами – например, неверно подобранным материалом, сложной формой, деформацией во время транспортировки, изношенным инструментом, с помощью которого производилось изделие.
В любом случае, какой бы объект мы ни взяли для 3D-сканирования, он будет содержать дефекты и отклонения от эталона, а наша задача – создать этот самый эталон. Если деталь круглая, то совершенно точно можно сказать, что отверстие в ней будет не круглым, а эллипсовидным. Соответственно, инженер с помощью ПО этот эллипс исключает и создает окружность правильной формы. Таким путем, обрисовывая каждый элемент геометрии, мы исправляем все недостатки. Когда деталь полностью обрисована, у нас получается твердое тело, которое можно запускать в производство.
Отливка перепускного клапана стравливания избыточного давления газа (в разрезе)
– Мы получили CAD-модель. Теперь нужно определить, каким способом производить изделие.
– Традиционный способ – подготовка оснастки для литья восковых моделей на станке с ЧПУ. В этом случае модель должна адаптироваться под станок, со своими допусками, уклонами, скруглениями – все зависит от оборудования и инструментов, с помощью которых деталь будет производиться.
Но теперь есть и второй путь – 3D-печать, которая является идеальным решением для прототипирования и изготовления малых серий.
Ключевое преимущество аддитивных технологий – возможность создавать изделия максимально сложной формы (в том числе с мельчайшими деталями), которые нельзя произвести традиционными методами. Кроме того, при запуске печати необязательно учитывать сложность геометрии. Это особенно актуально для производства изделий путем металлического и пластикового литья.
Если изделие имеет простую форму, то зачастую целесообразнее его производить на станке с ЧПУ. Если же геометрия сложная, то 3D-печать – оптимальный вариант.
Когда нам нужен не один рабочий прототип, а малая серия – от 10 до 1000 изделий, используется литье в силикон, или двухкомпонентное литье. Для этого нужно получить мастер-модель – эталон, по которому будет создаваться силиконовая форма, в которую затем заливается пластик или воск.
– Мы выяснили, что 3D-печать – незаменимое решение при производстве продукции с использованием металлического и пластикового литья. Можете привести пример создания конкретной детали?
– Возьмем корпус обыкновенного телефона из пластика. Во-первых, он делится на две половины, нижнюю и верхнюю. Чтобы произвести одну из половин, надо сделать матрицу и пуансон – это оснастка для литья пластика под давлением. Металлическая форма, состоящая из двух половин, смыкается, затем в нее под давлением подается пластик, который принимает форму внутренней геометрии изделия.
При традиционном производстве на станке с ЧПУ вытачивают внешнюю и внутреннюю форму каждой половины. Но если у нас есть 3D-принтер, мы печатаем сразу готовое изделие целиком, металлическую оснастку делать не нужно. Мало того что ее долго изготавливать, она будет баснословно дорогая для тиража в десять штук. Таким образом, выгода 3D-печати очевидна – отпадает необходимость фрезерования для получения оснастки.
– При создании выплавляемых и выжигаемых мастер-моделей для литья с помощью 3D-принтера используется, соответственно, воск и фотополимер (технология печати MJP, технология литья QuickCast). Как выглядит производственная цепочка с использованием этих материалов и в чем их различия?
– Использование напечатанных на 3D-принтере выплавляемых восковых и выжигаемых фотополимерных моделей имеет одну и ту же механику, немного различаются алгоритмы действия.
У нас есть напечатанная восковая модель. Мы создаем для нее корку (то есть форму, в которую заливается металл), обмазывая мелкодисперсным порошком толщиной не менее 6-8 мм. Вид материала и толщина корки зависит не только от сложности геометрии и габаритов изделия, но и от металла, который будет литься в будущую форму. Затем деталь помещается в печь. В печи воск выплавляется, а сама корка отвердевает, и у нас получается твердая форма для литья металла.
Восковая и фотополимерная модели перепускного клапана, напечатанные на 3D-принтерах
Что касается выжигаемого фотополимера, то мы так же кладем изделие в печь, но если воск вытапливается при температуре +200⁰С градусов, то фотополимер – при +950⁰С. Корка так же затвердевает, а материал, из которого была создана модель, выгорает.
Далее в получившуюся форму заливается раскаленный металл – это может быть и алюминий, и титан, и даже магний. Форма остывает, после чего корка разбивается молотком или вибромашиной, и мы получаем отливку.
Следующий этап – мехобработка. Она заключается в том, чтобы сделать поверхность детали более гладкой – обрезать литники, по которым заливался металл, зашлифовать их, снять излишнюю шероховатость изделия. На этой стадии нам также может потребоваться сверление отверстия или подгонка крепежных элементов – для этого применяются станки с ЧПУ для финальной обработки изделия до его конечного варианта (шлифовальные, пескоструйные, сверлильные и т.д.).
– От чего зависит выбор воска или фотополимера?
– Восковые машины относительно дешевы, при этом расходный материал – дорогой. С фотополимерными 3D-принтерами ситуация обратная. В сравнении с фотополимером воск достаточно хрупкий материал, это его недостаток. Но на сегодня восковая 3D-печать обеспечивает самую точную и самую гладкую поверхность. К тому же, восковое литье является традиционным для всех литейных производств в России. Соответственно, фотополимер подойдет там, где нужны модели большего размера, а прочность и детализация менее критичны. Пользователь должен сделать выбор, исходя из того, какие объемы он будет печатать, насколько часто он будет обращаться к прототипированию.
Так, на литейных предприятиях по всему миру, в России в том числе, активно используются профессиональные 3D-принтеры от 3D Systems, ведущего мирового производителя аддитивных установок. При этом ряд компаний имеют свой парк 3D-оборудования, другие заказывают услуги 3D-печати у подрядчиков.
– Мы подробно рассмотрели, как и в каких случаях выгодно использовать 3D-принтеры и 3D-сканеры. Если резюмировать: почему литейному предприятию необходимо внедрять аддитивные технологии?
– Для сокращения сроков производства при изготовлении опытных образцов и деталей малого тиража. Мы экономим и время, и деньги.
Вернемся к сравнению традиционного процесса с аддитивным. В первом случае это выглядит следующим образом:
1. Конструктор разрабатывает деталь, затем передает свою разработку инженеру.
2. Инженер адаптирует ее под методику производства вместе с технологом.
3. Дальнейшая адаптация заключается в том, что создается чертеж будущей формы матрицы и пуансона или чертеж, по которому деталь будет вытачиваться на фрезеровочном станке.
4. Затем на станке изготавливают матрицу и пуансон и отдают их на производство.
Так вот, с момента выдачи конструктором готового проекта инженеру и до получения формы, по которой будет отливаться изделие, проходит от полугода до года. И прошло, допустим, полгода, сделали десять опытных образцов, отдали их конструктору, он примерил эти металлические болванки, а они не совпадают с посадочными местами. Он понимает, почему они не совпадают, дорабатывает эту модель, и дальше цикл повторяется. Проходит еще минимум полгода до следующей примерки.
С помощью 3D-принтера конструктор фактически нажатием одной кнопки отправляет на печать свое изделие и отдает его сразу на производство в отливку. Срок сокращается с года или полугода до недели максимум. Это самое главное преимущество. Плюс, мы экономим значительные средства на изготовление формы. И, наконец, мы имеем возможность создавать изделия с геометрией любой сложности и, при необходимости, быстро оптимизировать конструкцию в программном обеспечении.
Литье под давлением: как это работает
Машина для литья под давлением (иллюстрация компании Rutland Plastics)
При разработке серийного продукта для рынка электроники вам понадобится корпус. И, скорее всего, он будет сделан из пластика. Для макетирования пластиковых деталей и создания прототипа корпуса используется 3D-печать, а для серийного производства — литье под давлением.
Технология литья под давлением — один из важнейших пунктов на пути продукта на рынок электроники. Поэтому независимо от наличия технического образования, вам стоит разобраться в сути этого процесса хотя бы на базовом уровне.
Все знают, что при разработке нового устройства самая затратная задача — это проектирование электроники, но не все понимают, что при постановке на производство большую часть бюджета на себя перетянет пластиковый корпус.
Это связано прежде всего с высокой стоимостью оснастки или так называемых пресс-форм. На практике стоимость форм для отливки корпуса становится одной из главных статей затрат при выводе нового продукта на рынок.
Основы литья под давлением
Литье под давлением — это относительно старая технология, она используется с конца 1800-х годов. В инжекторно-литьевых машинах установлен огромный винт (шнек), который направляет расплавленный пластик в пресс-форму под высоким давлением. Этот метод винтовой передачи был изобретен в 1946 году, и используется до сих пор.
Машины для литья под давлением — это, конечно, не то же самое, что современные высокотехнологичные аппараты для 3D-печати. В них нет ничего инновационного, но использование литья под давлением — это обязательное условие для создания большинства новых «железячных» продуктов.
Литьевая пресс-форма состоит из двух половинок (матрицы и пуансона), которые при смыкании образуют полость в форме нужной детали. В нее под высоким давлением заливают горячий жидкий пластик.
Высокое давление необходимо для того, чтобы пластик в вязкотекучем состоянии заполнил каждый уголок в полости пресс-формы.
Когда пластик остывает, две половинки пресс-формы раздвигаются, и из них извлекают готовую деталь корпуса.
Разработка дизайна и конструкции корпуса для серийного производства — это довольно сложная задача, а стоимость самих пресс-форм исчисляется десятками тысяч долларов. При этом литье под давлением остается одной из самых востребованных технологий, потому что только оно позволяет производить миллионы идентичных деталей по невероятно низкой цене за штуку.
Стоимость пресс-форм
Оснастка стоит дорого. А для производства большинства устройств требуется несколько пресс-форм, поэтому общая стоимость может оказаться весьма значительной. И чем больше деталей требуется произвести с помощью конкретной формы, тем дороже она будет стоить.
Это связано с тем, что «долгоживущая» пресс-форма должна работать в невероятно жестких условиях. Раз за разом она подвергается воздействию высоких температур и давления.
Эти две разрушительные силы работают на износ пресс-формы, пока в какой-то момент не появляются первые дефекты отливки.
Для создания стойких литьевых форм используются твердые металлы. Твердость металла зависит от того, сколько отливок нужно изготовить с использованием данной конкретной формы. Оснастку для изготовления 10 тыс. деталей, можно произвести из более мягкого металла, по сравнению с той, что рассчитана на 1 млн деталей.
Например, для производства малых серий (до 10 тыс. шт.) широко используется алюминий. Для более крупных объемов производства переключаются на более твердый металл, например, сталь.
Однако чем тверже металл, тем сложнее сделать саму пресс-форму, и тем выше ее стоимость. Кроме того, для получения стальной оснастки потребуется намного больше времени. Это связано с тем, что литьевые формы создаются путем фрезерования, т.е. для твердой пресс-формы потребуется еще более твердый фрезерный инструмент.
Если компания или стартап без внешнего финансирования реализует проект с небольшим бюджетом, ей стоит попробовать найти производителя, который согласится амортизировать затраты на изготовление пресс-форм.
Например, если пресс-формы стоят 25.000 долларов, можно предложить заводу-изготовителю рассчитаться по следующей схеме: вы платите по доллару за каждую произведенную единицу из первых 25.000 изделий.
Конечно, такая схема сокращает прибыль на единицу продукции, но все же это весьма разумный метод финансирования, особенно по сравнению с банковским кредитом.
Дизайн для производства (Design for manufcturing, DFM)
Высокая стоимость пресс-форм — это лишь один из недостатков литья под давлением. Второй недостаток — это сложности и ограничения на этапе разработки дизайна и конструкции пластиковых деталей.
Получив идеальный рабочий прототип, изготовленный на 3D-принтере, приходится уделить значительно больше времени и средств, чтобы адаптировать его для литья под давлением.
Ограничения серийного производства стоит учитывать уже на первых этапах разработки. Одни требования к форме отливок, такие как литейные уклоны, можно отложить по крайней мере до создания второго прототипа.
Другие требования, такие как равномерная толщина стенок и поднутрения, нужно реализовать с самого начала.
Литьевой уклон
Главная задача в работе с деталями, изготовленными за счет литья под давлением — правильно изъять их из формы. Как только пластик остынет, две половинки формы открываются, и мы получаем новую отлитую пластиковую деталь.
Любой 3D-дизайн для литья под давлением должен включать литьевой или технологический уклон для заполнения пресс-формы и беспрепятственного извлечения готового изделия. Литьевой уклон — это по сути небольшой угол наклона, который добавляется к любым вертикальным поверхностям, совпадающих с направлением извлечения изделия из пресс-формы. В большинстве случаев достаточно 1–2 градусов.
Примеры верной реализации поднутрения. Изображение предоставлено ICO Mold.
Некоторые эксперты считают, что поднутрения нужно реализовать в 3D-модели с самого начала.
И хотя учет поднутрений на раннем этапе разработки важен, он создает ненужные осложнения при создании первых прототипов. Поэтому лучше добавлять их в проект, когда вы будете полностью уверены в своем прототипе. Т.е. в большинстве случаев поднутрения стоит добавлять после первой или второй версии прототипа.
Выталкивающие штифты
Выталкивающие штифты или толкатели используются для удаления пластиковых деталей из пресс-формы. Как следует из названия, это небольшие цилиндрические штифты, которые выталкивают деталь из формы.
У толкателей нет стандартного положения, поэтому придется продумать, где они будут располагаться. В идеале они должны располагаться в самой прочной части отливки, чтобы предотвратить ее деформацию при извлечении из пресс-формы.
Стоит учитывать, что выталкивающие штифты, как правило, оставляют небольшие отметки на изделии. Если вы внимательно посмотрите на большинство пластиковых деталей, то сможете увидеть эти крошечные круглые метки, которые появляются в процессе выталкивания отлитой формы.
Это стоит учитывать при разработке продукта. Постарайтесь сделать так, чтобы толкатели соприкасались с отливкой в местах, которые не критичны для внешнего вида продукта. Можно даже попытаться скрыть метки толкателя под этикеткой или логотипом.
Двойной ход толкания
Некоторые пластиковые детали невозможно извлечь из простой двухкомпонентной формы в один прием, в таких случаях используют наклонные толкатели и механизм двойного выталкивания.
Наклонный толкатель — это составная часть пресс-формы, которая вставляется до начала отливки, а затем извлекается до раскрытия основных частей формы. Наклонный толкатель двигается перпендикулярно к направлению движения двух полуформ.
Стоит приложить все усилия, чтобы не использовать механизм двойного выталкивания, поскольку он значительно увеличивает сложность и стоимость пресс-формы.
Один из основных приемов, который позволяет отказаться от двойного выталкивания — отказ от использования поднутрений. Поднутрение — это выступ или углубление на поверхности отливки, препятствует выталкиванию изделия из пресс-формы за один ход толкания.
В конструкции 1 из-за поднутрения потребуется двойной ход толкания. Паз в конструкции 2 позволяет отказаться от двойного выталкивания и снять деталь с пресс-формы за один ход. Изображение предоставлено Proto Labs.
Равномерная толщина стенки
Одна из важных особенностей литья под давлением, которая оказывает огромное влияние на дизайн устройства — это требование к равномерной толщине стенок отливки. Оно связано с тем, что залитый в форму пластик должен остывать с одинаковой скоростью по всей поверхности детали. При неравномерном охлаждении деталь может деформироваться.
Поэтому при разработке корпуса для литья под давлением вместо более толстых секций используются ребра. Корректное проектирование детали с равномерной толщиной стенок определенно требует опыта.
Использование двойного хода толкания и неравномерной толщины стенок отливки — это две самые распространенные ошибки 3D-дизайнеров, которые не знакомы с техническими ограничениями литья под давлением.
Стоит удостовериться в том, что 3D-моделирование вашего устройства выполняет специалист, который знаком с этой технологией.
Примеры конструкций с одинаковой толщиной стенки. Изображение предоставлено ICO Mold.
Радиус / закругление углов
Идеальные углы и края деталей непрактичны для литья под давлением. Расплавленный полимер не сможет равномерно и полностью заполнить всю форму с острыми краями даже в условиях высокого давления. По крайней мере, не стоит на это надеяться при больших объемах производства.
Пример правильной конструкции угла. Изображение предоставлено ICO Mold.
Все края и углы должны быть закруглены или скошены, чтобы полимер заполнил их равномерно и полностью.
Холодные каналы против горячих каналов
Холодноканальная / горячеканальная подача пластика — это варианты литниковой системы, которая направляет расплавленный полимер в полости пресс-формы.
Широкий литниковый канал позволяет полимеру свободно течь при более низких давлениях. Однако широкие каналы требуют больше времени на охлаждение пластика и создают больше отходов производства, оба эти параметра влияют на себестоимость детали.
С другой стороны, узкий литниковый канал сокращает время охлаждения и уменьшает перерасход материала, и, в конечном счете, минимизируют стоимость отливки. Однако у него есть недостаток: для узкого канала требуется более высокое давление, чтобы протолкнуть расплавленный полимер в форму.
Существует решение, которое позволяет использовать узкие каналы при невысоком давлении — горячеканальная литниковая система.
Прямо в пресс-форму вдоль каналов устанавливают нагревательные элементы, которые поддерживают полимер в более жидком состоянии, благодаря им пластик заполняет пресс-форму при более низком давлении.
К сожалению, за все приходится платить, и у горячих каналов тоже есть свои недостатки: дополнительная сложность при изготовлении оснастки, которая всегда выливается в дополнительные затраты.
В большинстве случаев, по крайней мере, изначально, лучше использовать каналы без нагревательных элементов, т.е. холодноканальную литниковую систему. Всегда стоит начинать с самого простого и недорогого решения.
Линия разъема формы
Если вы внимательно рассмотрите любую пластиковую деталь, то увидите так называемую линию разъема. Она будет расположена в месте соединения двух частей пресс-формы.
Это место сопряжения двух полуформ никогда не бывает идеальным, по контуру всегда вытекает немного полимера. По мере старения и износа пресс-формы эта утечка становится все более заметной.
Очень важно выбрать оптимальное место для линии разъема. В идеале она должна размещаться на невидимой части устройства.
Одноместная и многоместная пресс-формы
На определенном этапе производства появляется возможность сокращения времени отливки за счет многоместных пресс-форм (их еще называют многогнездными). Они используются для увеличения скорости производства и снижения себестоимости заготовок.
Многоместные пресс-формы, как понятно из названия, позволяют создавать несколько копий одной детали за счет одной заливки полимера. Только не стоит использовать эти формы на старте, пока процесс не отлажен и еще не созданы идеальные отливки из одноместных форм. Целесообразно выпустить как минимум несколько тысяч единиц изделий до перехода на многоместные формы.
Как правило, предприниматели с ограниченным бюджетом по-максимуму используют свои одноместные формы, если только сам производитель не финансирует изготовление их пресс-форм.
Семейные пресс-формы
В большинстве случаев для каждой отдельной пластиковой детали в составе устройства используется отдельная форма. Для корпуса понадобится как минимум две части: верхняя и нижняя.
Но для большинства продуктов потребуется больше двух деталей из пластика. Пресс-формы очень дороги, а покупка нескольких пресс-форм сразу — это серьезное финансовое препятствие, поэтому нужно стремиться к минимальному количеству пластиковых деталей.
Альтернативный вариант минимизации необходимых пресс-форм — использование специального типа многоместных пресс-форм, так называемых семейных. Семейная пресс-форма позволяет объединить несколько различных деталей в одной отливке.
В то время как типичная многоместная (многознездовая) форма создает несколько копий одной и той же детали, семейная форма создает разные детали.
Звучит хорошо, правда? К сожалению, не всё так просто, за всё приходится платить. Основная проблема с семейными формами заключается в том, что каждая деталь в них должна быть примерно одинакового размера.
В противном случае одна из полостей пресс-формы заполнится расплавленным полимером раньше других. Семейные формы должны проектироваться таким образом, чтобы все полости заполнялись полимером с примерно одинаковой скоростью. Это явно ограничивает возможности их применения. Маловероятно, что все детали корпуса будут сходного размера.
Выбор материалов
Сегодня в нашем распоряжении оказалось невероятное разнообразие полимеров в различными характеристиками. Два самых распространенных полимера в производстве электроники — поликарбонат (ПК / PC) и АБС-пластик (ABS /акрилонитрилбутадиенстирол).
Поликарбонат обладает гораздо более высокой устойчивостью к ударам и на вид кажется более качественным по сравнению с АБС. Однако ПК, конечно, дороже АБС.
Поликарбонат — самый популярный пластик в изделиях более высокого класса, его любят за прочность и эстетичный внешний вид.
Если качество поверхности имеет решающее значение для нового продукта, то лучше остановить свой выбор на ПК. Если же продукт рассчитан на низкую ценовую категорию, то лучше выбрать АБС.
Где работать с пресс-формами?
Где лучше производить пластиковые детали для своего устройства: на родине или в Китае? В большинстве случаев лучше начать работу с местным производителем в своей стране (если только вы не живете в стране, где промышленность развита очень слабо).
Затем, когда объемы превысят 10 тыс. штук, для снижения затрат можно переходить к китайскому производителю.
Китай — это просто идеальный выбор для крупносерийного производства. Только не стоит там затевать первичную разработку и отладку процесса. С местными производителями любые вопросы можно будет решить гораздо проще и быстрее.
Первый запуск и первые ошибки делать на местном уровне, а затем перемещать производство в Китай.
Примечание переводчика: важно учитывать, что перевозка пресс-формы из одной страны в другую (а тем более в Китай из Европы) — это сложная и дорогая затея. Поэтому мы выбираем для своих клиентов местных производителей прототипов, а серию — если она в сумме будет крупная — сразу размещаем в Китае с расчетом на амортизацию формы за несколько итераций производства. Ведь если запустить серийное производство у местных производителей, то и пресс-форма будет местная, а ее перевозка в Китай или создание второй формы в Китае себя не оправдает.
Заключение
Эта статья рассчитана на первое знакомство с особенностями литья под давлением. Но даже эти базовые знания помогут вам осознанно выбрать 3D-дизайнера для своего нового продукта.
Для неспециалиста не так уж важно понимать все нюансы этой технологии, достаточно получить общее представление о возможностях и сложностях серийного производства корпуса для электроники.
Теперь вы сможете задавать правильные вопросы при встрече со специалистами, которые займутся разработкой и производством корпуса вашего нового продукта.
Как сделать пресс-форму для штамповки металла
Штамповка – один из самых выгодных способов обработки стали давлением. Для нее необходимы пресс, шайба и матрица, пресс-форма, ножницы. В зависимости от операции (гибка, резка, вытяжка и пр.) нужны разные пресс-формы. Металл подвергается штамповке, как в горячем, так и в холодном виде.
Изготовление пресс-формы – длительный и затратный процесс, требующий высокого уровня подготовки. Без пресс-формы не обойтись при изготовлении многосерийных деталей: дорогое оборудование долго служит и ведет к удешевлению конечного продукта.
Выбор материала
Для пресс-форм используют высокопрочные стали, способные выдерживать ударные нагрузки. Эти стали хорошо закаливаются и обладают высокой вязкостью. Чаще всего применяют 40Х13 и 5ХНМ. Для штампов выбирают прочные стали Ст45, Ст40Х, У8.
Для холодной штамповки применяют гидравлический пресс из-за разнообразия его конфигураций и небольшого расхода металла. Для вырубки и пробивки выбирают инструмент с большим ходом шайбы.
ВАЖНО! Стали У8А и 8ХФ не применяются для изготовления деталей пресс-форм. Сталь У10А тверда после термообработки, но изготовляемые с ее помощью детали придется подвергать дополнительной механической обработке.
Способы изготовления
Есть три способа изготовления формы для штамповки:
- Переделывание имеющейся пресс-формы;
- Изготовление с нуля;
- Сборка из готовых материалов.
Первый вариант встречается крайне редко из-за затрат, проще сделать самостоятельно. В странах СНГ создают формы от колонков до формообразующих. Есть тенденция на изготовление пресс-форм по специализации. На разных заводах изготавливают все части формы, в конечном месте их собирают в готовый продукт.
Изготовление форм для штамповки алюминиевых деталей удешевляется путем повторного безремонтного использования пресс-форм, уже отработавших срок на более высокоточных деталях. Алюминиевые детали не имеют жестких допусков, поэтому такой вариант приемлем.
Изготовление пресс-форм с нуля
Для создания формы необходимо 2 листа или бруса стали в зависимости от формы изделия. Одна часть будет отвечать за подвижную часть конструкции (пуансон), а вторая за матрицу.
Выбрав материалы для заготовок и инструмента, можно создавать форму для штамповки. Имея чертежи детали, проектируется оснастка. С помощью лазера или токарного станка вырезаются отверстия и выемки в заготовках для пресс-формы. Для надежности нужно плотно скрепить две плиты и зафиксировать до окончания работ. Тщательно отладьте литниковую систему. Чтобы изготовить некоторые детали сложного рельефа, может потребоваться фрезерный станок и последующая ручная работа напильником.
Готовое изделие проверяют в работе на пробных изделиях. Это дает возможность узнать результат и подогнать пресс-форму в случае каких-либо неточностей. Литниковая система должна быть налажена для лучшего результата.
Изготовление пресс-формы – процесс сложный, но необходимый для серийного производства деталей.
Конструкция пресс-формы для литья под давлением
Пресс-форма — основной технологический узел, используемый для литья деталей из термопластичных полимеров. Состоит из статичной матрицы и подвижного пуансона, которые внутри содержат формирующую полость, задающую изделию нужную форму.
Конструкции пресс-форм для литья пластмасс под давлением бывают одногнездовыми или многогнездовыми.
Одногнездовые используются для выпуска за один цикл одной детали. Многогнездовые предназначены для создания серии деталей за один цикл.
Полости многогнездовых форм соединяются между собой одним питающим литником.
Рис. 1. Пресс-форма для литья изделий из полимеров.
Процесс производства пресс-форм
Пресс-формы проектируются и изготавливаются отдельно для каждого изделия по техническим условиям заказчика, с учетом требований к качеству и точности деталей.
В качестве заготовок используется прокатная сталь или литые поковки.
Порядок выполнения работ:
1. Подготовительный этап включает:
• разработку проектной документации;
• создание эскизов;
• конструирование 3D модели изделия.
2. Создается прототип пресс-формы, выполняется тестирование, анализируется полученный результат.
3. При положительном результате тестирования приступаем к изготовлению пресс-форм.
4. Заготовки обрабатываются на фрезерных установках. Вспомогательные элементы: втулки, хвостовики, выталкиватели и различные стержни вытачиваются на токарных станках.
5. Сверлятся отверстия под крепежи, направляющие колонки и втулки.
6. Выполняется чистовая доработка форм, шлифование и полировка плоскостей плит и формообразующих полостей.
7. Стальные детали подвергаются термообработке, для снятия напряжения металла и предотвращения деформаций.
8. После термической обработки формообразующие грани пуансона и матрицы полируют и хромируют для повышения прочности, твердости, износостойкости. Для предотвращения прилипания материала и создания гладкой поверхности отливок, после хромирования выполняется повторная полировка.
Готовые детали пресс-форм отправляются в сборочный цех, где производится сборка, испытание, тестирование.
Для создания форм применяются расточные, фрезерные, шлифовальные станки с ЧПУ и ручная работа квалифицированных токарей и слесарей.
Виды пресс-форм
Пресс-формы для литья пластмасс бывают автоматическими и ручными, съемными и стационарными.
По технологии прессования подразделяются:
1. Прямого прессования, когда расплавленный полимер заливается непосредственно в матрицу, после чего опускается пуансон, придавая детали необходимую форму. Такой способ подходит для создания небольших партий изделий.
2. Литьевого прессования — при этом расплавленное сырье поступает через специальные каналы (литники) в сомкнутую форму. Такая технология позволяет создавать детали любых форм и размеров. Подходит для многосерийного производства.
1. Двухплитные пресс-формы
Холодноканальные конструкции с одной плоскостью разъема являются самыми простыми и распространенными формами.
Состоят из неподвижной матрицы, закрепленной на стальной плите и подвижного пуансона.
Рис. 2. Двухплитная форма для литья бутылок.
2. Трехплитные пресс формы
Состоят из неподвижной матрицы и двух подвижных пуатсонов.
Конструкция размыкается по двум плоскостям. Одна плоскость используется для извлечения готовой детали, вторая — для удаления центрального литника. При этом литник может размещаться в любом месте изделия. Важно, чтобы линии размыкания находились на невидимой части детали.
Применяются для создания предметов сложных конфигураций.
3. Горячеканальные пресс-формы
Литниковые системы оборудованы нагревательными элементами. Состоят из комплекта сопел и разводящих коллекторов, расположенных в массиве матрицы. В горячеканальных устройствах полимерная масса длительное время остается горячей и медленно остывает. При этом уменьшается количество отходов.
Конструкция пресс-форм для литья пластмасс под давлением
Пресс-формы для литья пластмасс состоят из стальной плиты, на которой находится неподвижная матрица и подвижного пуансона. Внутри конструкции располагается формообразующая полость, точно повторяющаяся геометрические параметры будущих деталей. В полость, по специальным литниковым каналам, подаются расплавленные полимеры.
Модуль снабжен:
• втулками и колонками, обеспечивающими центрирование пресс-форм при смыкании;
• выталкивающими штифтами или толкателями для удаления готовых деталей из устройства;
• подкладными брусьями и плитами, обеспечивающими необходимую величину хода толкателей;
• холодноканальными или горячеканальными литниковыми системами.
Комплект элементов пресс-форм остается неизменным, независимо от конфигурации конечного продукта.
Матрицы и пуансоны должны быть точных геометрических размеров с четкой стыковкой поверхностей. Обеспечивать создание качественных деталей, способствовать экономному расходованию сырья.
Проектирование и изготовление пресс-формы
Создание пресс-форм для литья пластмасс — важный процесс, требующий четкого соблюдения технологических этапов работ. От точности оснастки напрямую зависит качество будущих отливок.
Нарушение технологии при изготовлении пресс-форм может привести к неоднородности структуры, образованию полостей, раковин и трещин, нарушению геометрических параметров будущих отливок.
Изготовление форм выполняется поэтапно.
1. Первый этап
Создание пресс-форм начинается с их проектирования. Готовится эскиз, разрабатываются рабочие чертежи. Выполняется трехмерная модель изделия, направляемого в производство, при помощи компьютерного 3D моделирования. Рабочий проект согласовывается с заказчиком.
2. Второй этап
Изготавливается детальный прототип нужной конструкции. Разрабатывается технология, пишутся технологические программы для автоматизированных станков с ЧПУ.
3. Третий этап
Создаются формы на фрезерных и электроэрозионных станках.
Вырезаются формообразующие полости из стальных заготовок. Металл снимается послойно.
Между этапами работ выполняется нормализация стали для снятия напряжений в массиве, закалка — для увеличения прочности и предотвращения деформаций.
Выполняется шлифовка и полировка изделий. Готовые элементы собираются в единую пресс-форму.
Для повышения износостойкости и создания идеально гладких поверхностей выполняется хромирование формообразующих поверхностей.
Рис. 3. Пресс-форма для литья пластмас под давлением.
Системы охлаждения
Охлаждение отливок — важный процесс, от которого зависит скорость производственного цикла.
Охлаждающая система состоит из прямых, кольцевых и спиральных каналов с охлаждающей жидкостью внутри формообразующих элементов.
Для охлаждения применяется холодная вода, раствор гликоля или термостатированное масло. Жидкости подаются к форме и отводятся от нее по специальным шлангам.
Завершение производственного цикла
После завершения всех работ по созданию пресс-форм их тестируют и испытывают в рабочем режиме. Испытание может проводиться в присутствии заказчика.
По результатам тестирования оформляются линейные карты, которые вместе с готовыми отливками направляются для согласования заказчику.
После приемки образцов подписываются двусторонние приемосдаточные акты, готовая оснастка упаковываются, консервируются и отправляются клиенту.
Где заказать пресс-форму
Заказывайте пресс-формы в компании «Дельфа Сервис», специализирующейся на поставках оборудования для переработки пластмасс.
Специалисты нашей компании имеют большой опыт разработки проектов и создания пресс-форм. Используем программы трехмерного моделирования и автоматизацию процессов производства, обеспечивающие точность параметров, четкость форм и короткие сроки создания оснастки.
Обеспечим поставки готового оборудования лучших китайских и тайваньских производителей.
Заказав пресс-формы в компании «Дельфа Сервис», вы получите максимально эффективное оборудование, соответствующие требованиям отечественных и международных стандартов.
По желанию заказчика обучим персонал, выполним пусконаладку, рассчитаем экономическую эффективность и сроки окупаемости производства. Обеспечим гарантийное сервисное обслуживание на весь период работы приобретенного у нас оборудования и оснастки.
Читайте также: