Рубрика: Пресс-формы и штампы
Литьевая пресс-форма — это точный инструмент, который тысячи и сотни тысяч раз повторяет одну и ту же деталь. От того, насколько грамотно она спроектирована и изготовлена, зависят геометрия изделия, цикл литья, процент брака и итоговая себестоимость продукции. В этой статье разберём, из каких узлов состоит пресс-форма для литья термопластов под давлением, какие решения закладываются на этапе проектирования и как выглядит путь от технического задания до первых годных отливок.
Литьё под давлением — циклический процесс. Термопластавтомат расплавляет гранулы полимера в материальном цилиндре, шнек впрыскивает расплав в сомкнутую пресс-форму, материал заполняет формообразующую полость, остывает под давлением выдержки, после чего форма раскрывается и система выталкивания удаляет готовую деталь. Затем цикл повторяется. Продолжительность одного цикла для небольших деталей составляет от нескольких секунд, для крупных толстостенных изделий — до минуты и больше.
Пресс-форма выполняет сразу несколько функций: формирует геометрию изделия, подводит к нему расплав, отводит тепло, выпускает воздух из полости и извлекает деталь без повреждений. Каждая из этих функций реализуется отдельной системой, и все они должны работать согласованно. Ошибка в одной из них — например, недостаточное охлаждение или неудачное расположение впуска — приводит к короблению, утяжинам, недоливам или следам спая на видимой поверхности.
Любая литьевая пресс-форма состоит из двух половин: неподвижной (со стороны впрыска) и подвижной (со стороны выталкивания). Плоскость, по которой они смыкаются, называется плоскостью разъёма. Её положение определяется формой изделия и во многом задаёт сложность всей конструкции.
Матрица формирует наружную поверхность изделия, пуансон — внутреннюю. В современных конструкциях их выполняют в виде вставок, установленных в обойму. Такой подход позволяет изготавливать формообразующие элементы из дорогой инструментальной стали, а плиты — из более доступной конструкционной, а также упрощает ремонт: изношенную вставку можно заменить, не переделывая всю форму. Мелкие выступы, рёбра и отверстия часто оформляются отдельными знаками и вставками.
Корпус пресс-формы собирается из плит: опорных, обойм, плиты толкателей и плиты хвостовиков, а также брусьев, образующих пространство для хода выталкивателей. Точность смыкания половин обеспечивают направляющие колонки и втулки, а для форм с высокими требованиями к соосности — дополнительные центрирующие замки (конические или плоские). Многие производители используют стандартизированные пакеты плит, что сокращает сроки и упрощает последующее обслуживание.
Литниковая система подводит расплав от сопла термопластавтомата к полости. Она включает центральный литник, разводящие каналы и впускные литники. Литниковая система может быть холодноканальной, когда застывший литник извлекается вместе с деталью, или горячеканальной, когда материал в каналах постоянно поддерживается в расплавленном состоянии. Выбор зависит от тиража, материала и требований к внешнему виду.
Охлаждение занимает до двух третей времени цикла, поэтому от его эффективности напрямую зависит производительность. Каналы охлаждения сверлятся в плитах и вставках, по ним циркулирует вода или масло от термостата. Важно, чтобы каналы проходили на равном расстоянии от формообразующей поверхности: неравномерное охлаждение вызывает внутренние напряжения и коробление. Для глубоких пуансонов применяют барботеры, перегородки и вставки из бронзы или медных сплавов с высокой теплопроводностью.
После раскрытия формы деталь удерживается на пуансоне за счёт усадки. Снять её помогают толкатели, трубчатые выталкиватели, съёмные плиты или пневматический сброс. Выталкиватели размещают на рёбрах, бобышках и в зонах с наибольшим сцеплением, чтобы не допустить деформации и следов на лицевой стороне. Для сложных изделий применяют двухступенчатое выталкивание.
Если изделие имеет боковые отверстия, защёлки или наружную резьбу, его невозможно извлечь простым раскрытием формы. Для таких элементов используют подвижные знаки: ползуны с наклонными колонками или гидроцилиндрами, наклонные толкатели, раздвижные или складывающиеся знаки, механизмы вывинчивания резьбы. Каждый такой механизм усложняет конструкцию и удорожает оснастку, поэтому на этапе проработки изделия их количество стараются сократить.
При заполнении полости воздух должен уходить. Для этого по плоскости разъёма и на выталкивателях выполняют вентиляционные каналы глубиной в сотые доли миллиметра — меньше, чем текучесть полимера позволяет ему проникнуть в зазор. Недостаточная вентиляция проявляется подгарами, недоливами в конце пути течения и непроливами тонких рёбер.
Пресс-формы различаются по количеству гнёзд, типу литниковой системы, количеству плоскостей разъёма и степени автоматизации. Ниже — основные варианты, с которыми приходится работать на практике.
| Признак | Варианты | Когда применяется |
|---|---|---|
| Количество гнёзд | Одногнёздные, многогнёздные, семейные | Одно гнездо — крупные детали и малые тиражи; много гнёзд — массовое производство мелких изделий; семейные — комплект разных деталей одного изделия |
| Литниковая система | Холодноканальная, горячеканальная, комбинированная | Холодные каналы — небольшие и средние партии; горячие — большие тиражи и экономия материала |
| Количество разъёмов | Двухплитные, трёхплитные, многоярусные | Трёхплитные — для точечного впуска с автоматическим отделением литника; многоярусные — для плоских деталей при ограниченном усилии смыкания |
| Режим работы | Ручные, полуавтоматические, автоматические | Ручные — опытные партии; автоматические — серийный выпуск без участия оператора |
| Назначение | Опытные (прототипные), серийные | Опытные — проверка изделия и рынка, упрощённые материалы; серийные — длительная эксплуатация |
Изготовление пресс-формы — это последовательность взаимосвязанных этапов. Пропустить или ускорить любой из них за счёт качества нельзя: ошибка, допущенная на старте, обнаружится только на испытаниях, когда её исправление обойдётся многократно дороже.
Проверка 3D-модели на технологичность: уклоны, толщины стенок, радиусы, поднутрения, места впуска и выталкивания.
Разработка конструкции формы, расчёт усадки, моделирование заливки, выпуск рабочих чертежей и спецификаций.
Черновая обработка, термообработка, чистовое фрезерование, шлифование, электроэрозия, полировка.
Пригонка, сборка, проверка механизмов, пробные отливки, замеры и доводка до соответствия чертежу.
Первым делом конструктор оценивает модель детали. Проверяются литейные уклоны на стенках, перпендикулярных плоскости разъёма, — обычно от половины градуса до нескольких градусов в зависимости от фактуры поверхности. Анализируются толщины стенок: резкие перепады приводят к утяжинам и короблению. Выявляются поднутрения, острые внутренние углы, зоны, где будут сходиться потоки расплава. По итогам заказчику часто предлагают небольшие изменения модели, которые не влияют на функцию изделия, но заметно упрощают форму.
На этапе проектирования определяется плоскость разъёма, число гнёзд, тип и расположение впуска, схема охлаждения и выталкивания. Размеры формообразующих элементов рассчитываются с учётом усадки конкретного материала: для полипропилена она может составлять полтора-два процента, для поликарбоната — около половины процента, для наполненных стекловолокном материалов усадка различается вдоль и поперёк течения. Компьютерное моделирование заполнения позволяет заранее увидеть линии спая, воздушные ловушки и зоны перегрева.
Основной объём работ приходится на фрезерную обработку на станках с ЧПУ. Плиты и вставки сначала обрабатываются начерно с припуском, затем проходят термообработку и чистовую обработку. Посадочные поверхности и плоскости разъёма шлифуются. Глубокие узкие пазы, острые внутренние углы и тонкие рёбра выполняются электроэрозионной обработкой — проволочной или прошивочной с медными или графитовыми электродами. Отверстия под выталкиватели и каналы охлаждения сверлятся на глубокосверлильном оборудовании.
Формообразующие детали из закаливаемых сталей проходят закалку и отпуск до твёрдости, как правило, 48–56 HRC. Для сталей, поставляемых в улучшенном состоянии (около 30–36 HRC), термообработка может не требоваться. После закалки возможны поводки, поэтому финишную обработку выполняют уже после неё. Для повышения износостойкости применяют азотирование и износостойкие покрытия.
Поверхность полости определяет внешний вид изделия. Для глянцевых и прозрачных деталей требуется зеркальная полировка, для матовых — текстурирование химическим травлением, пескоструйной обработкой или электроэрозией. Полировка выполняется вручную, с последовательным уменьшением зернистости абразива, и может занимать значительную долю общей трудоёмкости.
Слесари-инструментальщики собирают форму, пригоняют плоскости разъёма по краске, проверяют ход механизмов, работу выталкивателей, герметичность каналов охлаждения. Отдельно контролируются зазоры между подвижными знаками и смыкание по замкам.
Готовую форму устанавливают на термопластавтомат и получают пробную партию. Детали измеряют, сравнивают с чертежом, выявляют дефекты. По результатам корректируются размеры, расположение впусков, вентиляция, режимы охлаждения. Как правило, для достижения стабильного результата требуется одна-три итерации доводки.
Не каждый дефект изделия вызван формой: часто причина в режимах литья или подготовке материала. Но есть проблемы, которые решаются только конструктивно.
Стоимость пресс-формы складывается из стоимости проектирования, материалов, станочного времени, слесарных работ и испытаний. Основные факторы:
Ориентировочные сроки изготовления простой одногнёздной формы составляют несколько недель, сложной многогнёздной с механизмами и горячеканальной системой — несколько месяцев. Сократить сроки помогает параллельное ведение работ и использование стандартных комплектующих.
Даже качественная пресс-форма требует регулярного ухода. После каждой смены полость очищают от отложений, при длительном простое — консервируют антикоррозионным составом. Направляющие колонки и толкатели смазывают, каналы охлаждения периодически промывают от накипи. Через определённое количество циклов форму разбирают для профилактики: проверяют износ кромок, состояние вентиляционных каналов, работу механизмов. Своевременное обслуживание многократно дешевле аварийного ремонта.
При работе с абразивными наполненными материалами и полимерами, выделяющими агрессивные газы (например, ПВХ), износ и коррозия идут быстрее. В таких случаях на этапе проектирования закладывают коррозионностойкие стали и упрочняющие покрытия.
Производство «ВМС» выполняет полный цикл работ по изготовлению пресс-форм: от анализа модели изделия и проектирования до механической обработки, термообработки, сборки и испытаний. Собственный парк фрезерного, шлифовального и электроэрозионного оборудования позволяет изготавливать формообразующие вставки с высокой точностью и контролировать качество на каждом этапе. Подробнее о направлении — на странице изготовления пресс-форм и штампов.
проектирование, фрезерование с ЧПУ, электроэрозия, шлифование, термообработка, полировка, сборка, испытания
Пресс-форма для литья пластмасс — сложная система, в которой формообразующие детали, литниковая система, охлаждение, выталкивание и вентиляция работают как единое целое. Качественный результат закладывается ещё на этапе анализа изделия и проектирования, а реализуется точной механической обработкой, правильной термообработкой и тщательной доводкой. Если вы планируете запуск изделия из пластмассы, пришлите модель или чертёж — мы оценим технологичность, предложим конструкцию формы и рассчитаем сроки.
