Пресс-формы для литья пластмасс: виды, элементы, этапы производства

Усилие смыкания для литьевой пресс-формы может составлять от 10-ов до тыщ тонн; время цикла литья может продолжаться всего 5-6 секунд. Не считая того, есть разные технологии сложного литья (многокомпонентное, литье с газом, сборка в форме и т.д.).
По нашим оценкам, каждогодний прирост русского рынка термопластавтоматов превосходит тыщу единиц. Каждый термопластавтомат нужно снабдить как минимум одной пресс-формой. Количество пресс-форм на один термопластавтомат варьируется зависимо от ассортимента выпускаемой предприятием продукции и производственных планов компании. Как указывает практика, на один термопластавтомат приходится в среднем от 2-ух до 5 пресс-форм, при этом тенденция к повышению количества применяемых предприятием пресс-форм из года в год становится все более очевидной. Схожая ситуация связана со рвением русских производителей пластмассовых изделий повысить свою конкурентоспособность на рынке в том числе относительно ввезенной продукции методом расширения товарного ассортимента, внедрения в изделиях необычного дизайна, цвета, структуры. 
Для реализации схожих стремлений, сначала которых стоит мысль выпуска изделий из пластмассы, а в конце - серийное создание и, предпочтительный сбыт пластмассовых изделий предприятие нуждается в определенном наборе пресс-форм, которые отличаются меж собой конструктивной сложностью персональны по собственному выполнению для каждого определенного варианта. 

Этапы производства пресс-формы

В самом общем виде этапы производства пресс-формы представлены на рисунке 1. Если рассматривать каждый шаг по отдельности то выходит полный непростой технологический процесс, который занимает месяцы работы разных профессионалов по компьютерному моделированию, составлению технической документации, изготовлению и обработки составных частей пресс-формы.
Конструкторско-технологическая подготовка производства

1-ый шаг производства пресс-формы включает подготовка эскизов изделия (эскизная графика), построение 3D модели, фотореалистическуювизуализацию.
Проектирование пресс-формы содержит в себе конструкторскую проработку модели и разделение сборочной модели на отдельные конструктивные элементы. 
Подготовка каждого определенного элемента, оформление полосы разъёма детали также шиберов, символов, вставок и местности пресс-формы. Особенное значение имеет литниковая система. 
Избежать либо очень уменьшить коробление, разводы, слитины и другие недостатки можно используя компьютерное моделирование процесса наполнения формы. Также при всем этом можно держать под контролем рассредотачивание температуры расплава, скоростей потока и другие характеристики. 
На исходном шаге производства пресс-формы все имеющиеся идеи, чертежи переносятся на компьютер, на котором при помощи определенных программ осуществляется проектирование пресс-форм.
При проектировании пресс-форм используются CAD/CAM системы, автоматического, сквозного проектирования. Система проектирования пресс-форм Mold-Works для SolidWorks создана для автоматизации труда конструктора и выполнения задач автоматической сборки пресс-форм. Проверка пресс-формы на «проливаемость" проводиться на компьютере при помощи Mold - flow анализа. Ведущими поставщиками программного обеспечения для компов в области проектирования и производства пресс-форм, штампов - являются компании Unigraphics, ProEngineer, Cimatron. 
1-ый шаг очень важен для определения нужного объема работ на втором шаге производства пресс-формы, потому что определяется нужный набор стандартных и особых изделий, нужных для производства пресс-формы.
Изготовка пресс-формы

2-ой шаг производства пресс-формы включает конструирование (заказ стандартных частей, обработка заготовок, изготовка особых частей пресс-формы), прототипирование, и конкретно сборка пресс-формы.

Конструктивные элементы особых деталей пресс-формы.

Пресс-форма состоит из огромного количества частей, которые должны точно сопрягаться меж собой. 
Детали пресс-форм делят на нормализованные и особые. Конструкция нормализованных деталей пресс-формы, может быть установлена заблаговременно, независимо от конструктивных особенностей отливаемых изделий в пресс-форме. 
Неважно какая пресс-форма на 50-95% состоит из стандартных по номенклатуре и весу деталей (нормалий). Эти детали по стоимости составляют от 10 до 60% от ее полной цены. Колебания процентов зависят как от конструкции пресс-формы, геометрии отливки и требований инструментального производства, так и от уровня подготовленности конструктора (конструкторской компании) пресс-формы, его желания и способности применить подходящие стандартные элементы. Решение одной и той же технической задачки при проектировании пресс-формы фактически всегда конструктивно инвариантно по гнездности, по литниковой системе, по системе выталкивания и т.д. 
К нормализованным деталям пресс-формы относят:
• верхние и нижние плиты пресс-формы;
• обыкновенные плиты, механически обработанные со всех боков, подходящие для производства пуансонов, матриц и формообразующих плит, требующих большой объем подборки;
• Детали для пресс-форм - Направляющие втулки и колонки, Центрующие элементы, Фиксаторы, Вставки в т.ч. с календарями, пружины и т.д.);
• Толкатели и элементы для извлечения деталей из формы - Элементы извлечения из формы, Хвостовики двойного хода, Толкатели от O1мм х 200мм, Трубчатые толкатели с шириной стены от 0,75мм. Щелевые от 0,8 мм. Подшипники, шестерни;
• Литниковая система, горячеканальная разработка - Литниковые втулки, горячеканальные инжекторы (сопла), в т.ч. инжекторы многоточечного впрыска, Горячеканальные коллекторы, фильтры;
• Техника автоматического управления - Тэны, разъемы, приборы и датчики контроля, переносные измерительные приборы;
• Охлаждающая система - Штуцера в т. ч. из нерж. стали, муфты, спиральные вставки для пуансонов, прокладки, шланги;
• Инструменты и дополнительное оборудование, химия - Особые инструменты и приспособления, смазочные материалы, конические сверла, графит для электродов, готовые вставки из графита.
В мире действуют компании, специализирующиеся на производстве нормализованных частей. Обычно, набор таких деталей представлен в каталогах этих компаний, при этом стоимость на их заблаговременно определена. Степень из готовности от 10 до 100%. Более известными в мире компаниями, выпускающими стандартные детали являются Hasco Hasenclever GmbH (Германия), DME Company* (США), EOC Normalien (Германия), Strack Norma GmbH (Германия), Ewikon Heisskanalsysteme (Германия), Mold-Masters Europa GmbH (Канада), Diemould Service Co. Ltd (DMS) (Англия) и др.
Не считая того, есть компании сопрягающие создание пресс-форм с созданием снандартных частей пресс-форм. Более известные посреди этих компаний: Schottli AG Mould Technology (Швейцария), Mold & Hotrunner Technology AG (MHT) (Германия), StackTeck (Канада), Husky (Канада).
К особым деталям пресс-формы относят вставные матрицы, пуансоны, гладкие знаки, резьбовые знаки, кольца и т.п. Более ответственными деталями пресс-формы, исходя из убеждений возникающих в их напряжений, являются загрузочные камеры, вставные матрицы и обоймы пресс-формы. 
Созданием спеиальных деталей занимается спец инструментальное создание, обычно, компания, в какой конкретно заказыватся пресс-форма.
Матрица - более трудозатратная деталь пресс-формы. Оформляющие гнезда пресс-формы должны в точности соответствовать конфигурации отливаемых пластмассовых изделий. Пуансоны используют для дизайна внешнего либо внутреннего контура отливаемого пластмассового изделия в пресс-форме. Гладкие знаки используют для дизайна отверстий в отливаемых изделиях из пластмассы. Гладкие знаки могут являться сразу выталкивателями. Резьбовые знаки и кольца созданы для дизайна, соответственно, внутренней и внешней резьбы в отливаемых изделиях из пластмассы. Выталкиватели созданы для удаления пластмассового изделия из оформляющего гнезда пресс-формы. 
Таким макаром, пресс-форма имеет последующую структуру: пакет плит, систему центрирования; систему питания (литниковая система); систему выталкивания; систему остывания; систему формообразующих деталей. Не считая системы формообразующих все другие детали могут быть стандартными либо могут дов\рабатываться из стандартных детелей, поставляемых как заготовки. 
На данный момент обширно употребляется система резвого производства пресс-форм и опытнейших партий изделий по технологии TAFA. В конструкцию пресс-форм закладываются унифицированные элементы, выполненные по каталогам. Это позволяет производителям пресс-форм, сосредоточиться на обработке формообразующих пресс-формы, понизить трудозатратность работ и уменьшить сроки производства пресс-форм. Создание в этом случае делится на три параллельных потока: самостоятельное изготовка формообразующих пресс-формы, закупка и доработка нормалей пресс-формы, изготовка уникальных деталей пресс-формы. За счет внедрения унифицированных частей для пресс-формы, сделанных на специализирующихся в этой области фирмах, удается повысить качество и долговечность пресс-форм

Литниковая система пресс-формы

Литниковая система пресс-формы может быть 3-х видов: холодноканальная, горячеканальная и комбинированная. Более обычный и дешевенький вариант литниковой системы пресс-формы – холодноканальная. Для одногнездной пресс-формы с ходом расплава в деталь через центральный литник она состоит только из литниковой втулки. Достоинства: простота и дешевизна. Недочеты: весь литник уходит в отход (завышенный расход материала); время цикла находится в зависимости от времени остывания литника, а не от самой детали; необходимость вручную удалять литник от отливки, хранить его и вторично перерабатывать. После удаления литника место впуска, обычно, подлежит дополнительной зачистке.
Для увеличения производительности ТПА, уменьшения отходов и поддержания нужной температуры переработки расплава используют горячеканальные литниковые системы (ГКС). Конструктивно простая ГКС состоит только из 1-го обогреваемого сопла (nozzle) с одной либо 2-мя зонами нагрева, в то время как универсальная ГКС состоит из обогреваемого коллектора (manifold), к которому подходят одно либо несколько сопел. Для управления работой нагревателей ГКС пресс-формы нужно иметь терморегулятор с количеством зон регулирования, равным числу термопар в системе.
Изготовка холодноканальной системы делается силами компании осуществляющей создание особых частей пресс-формы и осуществляющей сборку пресс-формы.
Изготовка горячеканальной системы - дорогостоящее занятие, и сейчас в мире сложилась ситуация, когда существую определенные компании, производящие горячеканальные элементы и поставляющие из сборочным производствам, потому что маленьким производствам пресс-форм невыгодно иметь собственные мощности для производства горячеканальных систем. 
Производителей горячеканальных систем можно условно подразделить на три группы компаний:
• производители стандартных частей для пресс-форм, обозначенные выше;
• большие производители пресс-форм, имеющие способности производства и реализации ГКС: Schottli AG Mould Technology (Швейцария), Mold & Hotrunner Technology AG (MHT) (Германия), StackTeck (Канада), Husky (Канада);
• компании, специализирующиеся на производстве горячеканальных систем и контроллеров к ним - Incoe International* (Германия), Guenther HeissKanaltechnik GmbH (Германия), THERMOPLAY S.p.A. (Италия), Heitec Heisskanaltechnik (Германия), Hotset Gmbh (Германия), i-mold GmbH & Co. KG. (Германия) , Synventive Molding Solutions (США, Нидерланды), Watlow Company (США), Heatlock (Швеция) и др.
Обычно, создание горячеканальных систем на обозначенных предприятиях связано с созданием термоконтроллеров к ним. Также есть компании, специализирующиеся на производстве только контролеров для горячеканальных систем. К таким компаниям относятся: Athena Controls, Inc. (США), PMS Systems Ltd (Англия) и др. 

Элементы системы остывания

Цикл литья более чем на 50% состоит из ремени остывания отливки. Для сосздания надежной в работе системы охлажения пресс-формы, технологичной в изготовлении и ремонтнопригодной при эксплуатации, предлагаются различные стандартные детали: быстросъемные соединения, переливы, фортанирующие трубки, турбулизаторы, термические требки, теплоотводящие знаки, уплотнительные кольца, зглушки и пробки. Подключение сситемы остывания пресс-формы к шлангам источника хладагена (термостат, охладитель, обратная цеховая магистраль) рекомендуется проводить быстросъемными соединениями, состоящими из ниппеля и муфты.
Элементы системы остывания, обычно, находятся в каталогах производителей стандартных деталей для пресс-форм. В тоже время есть компании, специализирующиеся на производстве частей систем остывания.

Обработка пресс-формы

Основная часть обработки частей пресс-формы проводится на фрезерных станках с ЧПУ и электроэрозионных станках. 
Разработка обработки подразумевает три стадии механической обработки и три - термической обработки: 
Отжиг - предварительная обработка - нормализация - получистовая обработка - закалка - окончательная обработка - хромирование.
• Отжиг нужен хоть какой заготовке для снятия остаточных напряжений;
• При предварительный обработке снимается основное количество материала, припуски на рабочие поверхности - 0.5-2 мм.
• Нормализация (отжиг) нужна для снятия главных напряжений в заготовке, это уменьшает риск огромных поводок при закалке.
• Получистовая обработка проводится с припуском 0.3-0.1 мм. В процессе этой обработки делается очень вероятная подборка по некаленому материалу и готовится поверхность для конечной чистовой обработки.
• Закалка - это очень ответственный момент всей технологии. Если не допущены тяжелейщие ошибки в технологии, то закалка не выходит за границы разумного риска. 
Этот шаг обработки в особенности важен, потому что как раз тогда производятся все четкие обработки. 

Для заслуги нужной точности обработки нередко требуется особый дорогостоящий инструмент, оправки и приспособления, все работы проводятся ввезенным качественным инвентарем.
• Полировка, подгонка и сборка. 
Это работа слесаря-инструментальщика. Для каждой определенной пресс-формы содержание этой работы может быть разным, конкретно тут обнаруживаются и исправляются все ошибки. Время от времени сборка и испытание пресс-формы вызывает внезапные трудности, что наращивает сроки производства.
• Хромирование нужно для получения высочайшей поверхностной твердости деталей пресс-формы, подвергающихся завышенному износу. Матрица имеющая твердость 44-46 HRc имеет гарантированный ресурс работы 600-700 тыс. циклов. Срок службы блестящей формообразующей пресс-формы существенно выше. 
Описанные этапы производства пресс-формы в общих чертах открывают технологию и позволяют заказчику сравнить стоимость работы и её содержание. 

Доводка и испытание пресс-формы

На 3-ем шаге осуществляется доводка пресс-формы до производства изделия требуемого свойства и с данным временем производственного цикла. Получение пресс-формы данного свойства – основная цель всех обрисованных выше процессов, и если пресс-форма в рабочих критериях не указывает данных результатов, нужно находить ошибки на первых 2-ух шагах. От свойства производства пресс-формы впрямую зависит продолжительность доводки пресс-формы – чем тщательней выполнена работа, чем наименьшее время будет нужно на ее доводку.
Испытание пресс-формы проводится в критериях, приближенных к реальным условиям эксплуатации пресс-формы.
Важной частью этого процесса является оборудование, на котором осуществляется испытание пресс-форм – термопластавтоматы – в эталоне, установленное для тесты пресс-формы оборудование должно соответствовать оборудованию, на котором будет производить создание пластмассовых изделий.

Срок работ по производству пресс-формы

Рядовая работа на предприятии ведется 2-мя бригадами в две смены. Производственный цикл имеет последующее рассредотачивание сроков (для пресс-форм средней трудности и размеров):
1) изготовка конструкторской документации – 4-7 дней;
2) заказ блоков пресс-формы – 7-12 дней;
3) параллельно заказ стали формообразующих – 5-8 дней;
4) изготовка формообразующих – 7-10 дней;
5) термическая обработка формообразующих в специальной организации – 3-5 дней;
6) механическая обработка стандартных блоков – 3-5 дней;
7) сборка формы – 2-3 денька;
8) итого до первых испытаний – 26-42 денька.
Не каждое предприятие, специализирующееся на изготовлении пресс-форм и технологической оснастки, способно спроектировать и сделать пресс-форму на сложное пластмассовое изделие, подобающую высочайшим требованиям современного потребителя. При всем этом расходы очень значительны - нужны высококвалифицированный персонал, время, дорогостоящие материалы и спец оборудование для производства пресс-форм. Все это в итоге сказывается на стоимости. Цена нового инструмента из качественной стали составляет от 50 до 500 тыс. евро. 
C текущей ситуацией и прогнозом развития русского рынка литья пластмасс под давлением можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Литье пластмасс под давлением в Рф: анализ рынков готовой продукции».