Україна, м. Тернопіль, вул. Подільська, 46, 096-22-99-290 (Viber)
Статті

ПРЕС-ФОРМИ ДЛЯ ЛИТТЯ ВИРОБІВ З ПЛАСТМАС: ВИДИ, ЕЛЕМЕНТИ, ЕТАПИ ВИРОБНИЦТВА

22.02.2018

Серед усіх відомих у виробництві методів переробки пластмас одним з найскладніших в плані використовуваного інструментарію є лиття під тиском. При виробництві пластмасових виробів цим методом для кожної деталі (або групи деталей) необхідно спроектувати і виготовити окрему прес-форму.

   

Сила стиснення для литтєвих прес-форми може складати від десятків до тисяч тон; тоді як час циклу лиття може тривати всього 5-6 секунд. Крім того, існують різні технології складного лиття (багатокомпонентне, лиття з газом, збірка в формі і т.д.).

 

За оцінками експертів, щорічний приріст ринку термопластавтоматів в окремих країнах перевищує тисячу одиниць. Кожен термопластавтомат необхідно забезпечити як мінімум однією прес-формою. Кількість прес-форм на один термопластавтомат варіюється в залежності від асортименту продукції, що випускається підприємством і виробничих планів компанії. Як показує практика, один термопластавтомат може обслуговувати в середньому від двох до п'яти прес-форм, причому тенденція до збільшення кількості використовуваних підприємством прес-форм щороку зростає. Подібна ситуація пов'язана з прагненням виробників виробів з пластмас підвищити свою конкурентоспроможність на ринку в тому числі щодо імпортованої продукції шляхом розширення товарного асортименту, застосування у виробах оригінального дизайну, кольору, структури.

 

Для реалізації проектів із випуску виробів з пластмаси та переходу від ідей до серійного виробництва і збуту пластмасових виробів, підприємство потребує певного набору прес-форм, які відрізняються між собою складністю конструкції та індивідуальністю виконання для кожного конкретного випадку.

 

КОНСТРУКТОРСЬКО-ТЕХНІЧНА ПІДГОТОВКА ВИРОБНИЦТВА

Перший етап виробництва прес-форми включає підготовку ескізів виробів/деталей (ескізна графіка/проектування), побудову 3D моделі, фотореалістичну візуалізацію тощо.

 

Проектування прес-форми включає в себе конструкторське пророблення моделі і поділ складальної моделі на окремі елементи, підготовку кожного конкретного елемента, оформлення лінії роз'єму деталі, а також шиберів, знаків, вставок і гнізд прес-форми. Особливе значення в цьому процесі має ливниковая система.

 

Уникнути або максимально зменшити викривлення, розводи, склеювання і інші дефекти можна використовуючи комп'ютерне моделювання процесу заповнення форми матеріалом. Також при цьому можна контролювати розподіл температури розплаву, швидкостей потоку та інші параметри.

 

На початковому етапі виробництва прес-форми креслення переносяться на комп'ютер, на якому за допомогою певних програм здійснюється проектування прес-форм.

 

При проектуванні прес-форм застосовуються CAD/CAM системи автоматизованого наскрізного проектування. Система проектування прес-форм Mold-Works для SolidWorks призначена для автоматизації роботи конструктора і виконання завдань автоматизованого компонування прес-форм. Перевірка прес-форми на «витік» матеріалу проводитися на комп'ютері за допомогою Mold-flow аналізу. Ведучими постачальниками програмного забезпечення в області проектування і виготовлення прес-форм та штампів - є компанії Unigraphics, ProEngineer, Cimatron.

 

ВИГОТОВЛЕННЯ ПРЕС-ФОРМИ

 

Перший етап вкрай важливий для визначення необхідного обсягу робіт на наступному етапі виготовлення прес-форми, так як визначається необхідний набір стандартних і спеціальних виробів, необхідних для виготовлення прес-форми.

 

Другий етап виробництва прес-форми включає проектування (замовлення стандартних частин, обробка заготовок, виготовлення спеціальних елементів прес-форми), прототипування, і безпосередньо збір прес-форми.

 

СКЛАДОВІ ЕЛЕМЕНТИ СПЕЦІАЛЬНИХ ДЕТАЛЕЙ ПРЕС-ФОРМИ

 

Прес-форма складається з великої кількості частин, які повинні чітко сполучатися між собою. Деталі прес-форм поділяють на стандартизовані (нормалі) і спеціальні. Конструкція нормалізованих деталей прес-форми, може бути встановлена ​​заздалегідь, незалежно від особливостей виробів, що відливаються в прес-формі.

 

Будь-яка прес-форма на 50-95% складається із стандартних по номенклатурі і вазі деталей (нормалей). Ці деталі за ціною складають від 10 до 60% усієї вартості форми. Коливання відсотків залежать як від конструкції прес-форми, геометрії виливки і вимог щодо процесу інструментального виробництва, так і від рівня компетентності конструктора (конструкторської компанії) та його бажання і можливостей застосувати відповідних стандартних елементів. Рішення однієї і тієї ж технічної задачі при проектуванні прес-форми практично завжди незмінний по конструкції, зокрема, по кількості гнізд/місць, по складності ливникової системи, по системі виштовхування деталі і т.д.

 

До нормалізованих/стандартизованих деталей прес-форми відносять:

• Верхні і нижні плити прес-форми;

• Прості плити, механічно оброблені з усіх боків, які підходять для виготовлення пуансонів, матриць і формоутворюючих плит;

• Деталі для прес-форм: направляючі втулки і колонки, центруючі елементи, фіксатори, вставки в т.ч. з календарями, пружини і т.д.);

• Штовхачі/виштовхувачі і елементи для відділення деталей від форми: елементи видалення деталі з форми, хвостовики подвійного ходу, штовхачі від 01мм х 200мм, трубчасті штовхачі з товщиною стінки від 0,75 мм, щілинні від 0,8 мм, підшипники, шестерні;

• Ливниковая система, гарячеканальних технологій: ливникові втулки, гарячеканальні інжектори (сопла), в т.ч. інжектори багатоточкового вприскування, гарячеканальні колектори, фільтри;

• Техніка автоматичного управління: тени, роз'єми, прилади та датчики контролю, переносні вимірювальні прилади;

• Система охолодження: штуцера в т. ч. з нержавіючої сталі, муфти, спіральні вставки для пуансонів, прокладки, шланги;

• Інструменти і додаткове обладнання, хімія - спеціальні інструменти і засоби, мастильні матеріали, конусні свердла, графіт для електродів, готові вставки з графіту.

 

У світі є багато компаній, що спеціалізуються на виробництві нормалізованих елементів для прес-форм та штампів. Як правило, набір стандартизованих деталей представлений в каталогах цих компаній, причому ціна на них заздалегідь визначена. Найбільш відомими в світі компаніями, які випускають стандартні деталі, є Hasco Hasenclever GmbH (Німеччина), FCPK Bytow (Польща), DME Company (США), EOC Normalien (Німеччина), Strack Norma GmbH (Німеччина), Ewikon Heisskanalsysteme (Німеччина), Mold -Masters Europa GmbH (Канада), Diemould Service Co. Ltd (DMS) (Великобританія) і ін.

 

Крім того, існують компанії, що поєднують виробництво прес-форм з виробництвом стандартних елементів прес-форм. Найбільш відомими серед них компаній є: Schottli AG Mould Technology (Швейцарія), FCPK Bytow (Польща), Superior Die Set Corporation (США), Mold & Hotrunner Technology AG (MHT) (Німеччина), StackTeck (Канада), Husky (Канада).

 

До спеціальних деталей прес-форми відносять вставні матриці, пуансони, гладкі знаки, різьбові знаки, кільця і ​​т.п. Найбільш важливими деталями прес-форми, з точки зору тиску, що виникає під час використання прес-форми, є камери завантаження/подачі матеріалу, вставні матриці і обойми прес-форми.

 

Виробництвом спеціальних деталей займається спеціалізоване інструментальне виробництво, як правило, компанія, в якій безпосередньо замовляється прес-форма.

 

Матриця - найбільш трудоємна деталь прес-форми. Формуючі гнізда прес-форми повинні в точності відповідати конфігурації пластмасових виробів, які відливають.

Пуансони застосовують для оформлення зовнішнього або внутрішнього контуру пластмасового виробу, що відливається в прес-формі.

 

Гладкі знаки застосовують для оформлення отворів в виробах. Гладкі знаки можуть бути одночасно виштовхувачами. Знаки з різьбами і кільця призначені для оформлення, відповідно, внутрішньої і зовнішньої різьби в виробах з пластмас.

 

Виштовхувачі призначені для видалення деталі із гнізда прес-форми.

 

Таким чином, прес-форма має наступну структуру: пакет плит, система центрування; система живлення (ливниковая система); система виштовхування; система охолодження; система формоутворюючих деталей. Крім системи формоутворюючих, всі інші деталі можуть бути стандартизовами або можуть доопрацьовуватися за допомогою стандартних деталей, що поставляються як заготовки.

 

Зараз широко використовується система швидкого виготовлення прес-форм і виготовлення пробних партій виробів за технологією TAFA (процес виготовлення ливарних форм електродуговим напиленням). У конструкцію прес-форм закладаються уніфіковані елементи, виконані за каталогами. Це дозволяє виробникам прес-форм, зосередитися на обробці формоутворюючих прес-форм, знизити трудомісткість робіт і скоротити терміни виготовлення самої прес-форми.

 

Виробництво в даному випадку поділяється на три паралельні потоки: самостійне виготовлення формотворчих прес-форм; закупівля і доопрацювання нормалей прес-форми; виготовлення оригінальних деталей прес-форми. За рахунок застосування уніфікованих елементів для прес-форми, виготовлених на базі стандартизованих деталей від виробників, що спеціалізуються в цій області, вдається підвищити якість і довговічність прес-форм.

 

ЛИВНИКОВА СИСТЕМА ПРЕС-ФОРМИ

 

Ливникова система прес-форми може бути трьох видів: холодноканальна, гарячеканальна і комбінована. Найбільш простий і дешевий варіант ливникової системи прес-форми - холодноканальна. Для одногніздної прес-форми з ходом розплаву в деталь через центральний ливник складається тільки з ливникової втулки. Переваги: ​​простота і дешевизна. Недоліки: весь ливник в кінці застосування – повністю зношується (підвищена витрата матеріалу); час циклу залежить від часу охолодження ливника, а не від самої деталі; необхідність вручну видаляти ливник від виливки, зберігати його і вдруге переробляти. Після видалення ливника місце впуску, як правило, підлягає додатковій чистці.

 

Для підвищення продуктивності термопластавтомата, зменшення відходів та для підтримка необхідної температури переробки розплаву застосовують гарячеканальні ливникові системи (ГКС). Найпростіша за конструкцією ГКС складається тільки з одного сопла (nozzle), що обігрівається, з однією або двома зонами нагрівання, в той час як універсальна ГКС складається з колектора (manifold), до якого підходять одне або кілька сопел. Для управління роботою нагрівників ГКС прес-форми необхідно мати терморегулятор з зонами регулювання, що дорівнює кількості термопар в системі.

 

Виготовлення холодноканальної системи проводиться компанією, яка здійснює виробництво спеціальних елементів прес-форми і збір прес-форми.

 

Виготовлення гарячеканальної системи - дороге заняття, і на даний момент в світі склалася ситуація, коли існують компанії, що виробляють гарячеканальні системи і постачають їх іншим виробникам, так як невеликим виробництвам прес-форм нерентабельно мати власне виробництво гарячеканальних систем.

 

Виробників гарячеканальних систем можна умовно поділити на три групи компаній:

• виробники стандартних елементів для прес-форм, які вже були зазначені вище;

• великі виробники прес-форм, які мають можливості виробництва і продажу ГКС: Schottli AG Mould Technology (Швейцарія), Mold & Hotrunner Technology AG (MHT) (Німеччина), StackTeck (Канада), Husky (Канада);

• компанії, що спеціалізуються на виробництві гарячеканальних систем і контролерів до них - Elwik (Польща), GC Heat (Німеччина), Incoe International (Німеччина), Guenther HeissKanaltechnik GmbH (Німеччина), THERMOPLAY S.p.A. (Італія), Heitec Heisskanaltechnik (Німеччина), Hotset Gmbh (Німеччина), i-mold GmbH & Co. KG. (Німеччина), Synventive Molding Solutions (США, Нідерланди), Watlow Company (США), Heatlock (Швеція) і ін.

 

Як правило, виробництво гарячеканальних систем на зазначених підприємствах пов'язане з виробництвом термоконтролерів до них. Також існують компанії, що спеціалізуються на виробництві тільки контролерів для гарячеканальних систем. До таких компаній відносяться: Athena Controls, Inc. (США), PMS Systems Ltd (Великобританія), Sels (Польща) та ін.

 

ЕЛЕМЕНТИ СИСТЕМИ ОХОЛОДЖЕННЯ

 

Цикл лиття більш ніж на 50% складається з часу охолодження відливу. Для створення надійної технологічної та ремонтопридатній системи охолодження прес-форми рекомендують застосовувати різноманітні стандартні деталі: швидкоз'ємні з'єднання, переливи, фортануючі трубки, турбулізатори, теплові трубки, тепловідвідні знаки, ущільнювальні кільця, заглушки і пробки. Підключення системи охолодження прес-форми для шлангів джерела хладагентів (термостати, охолоджувачі, оборотна цехова магістраль) рекомендується проводити за рахунок швидкозмінних сполук, що складаються з ніпеля і муфти.

 

 

Елементи системи охолодження, як правило, подані в каталогах виробників стандартних деталей для прес-форм. У той же час існують компанії, що спеціалізуються на виробництві елементів систем охолодження.

 

ОБРОБКА ПРЕС-ФОРМИ

 

Основна частина обробки елементів прес-форми проводиться на фрезерних верстатах з ЧПУ та на електроерозійних верстатах.

 

Технологія обробки передбачає чотири стадії механічної обробки і чотири - термообробки: 1. Відпалювання - чорнова обробка; 2. Нормалізація - напівчистова обробка; 3. Гартування - остаточна обробка; 4. Хромування.

• Відпал необхідний будь-заготівлі для зняття залишкової напруги;

• При чорновій обробці знімається основна кількість матеріалу, припуски на робочій поверхні залишають на рівні 0.5-2 мм.

• Нормалізація (відпалювання) необхідна для зняття основних напруг в заготовці, це зменшує ризик великих поводок при загартуванні.

• Напівчистова обробка проводиться з припуском 0.3-0.1 мм. В процесі цієї обробки робиться максимально можлива вибірка по незагартованому матеріалу і готується поверхня для остаточної чистової обробки.

• Гартування - це дуже відповідальний момент всієї технології. Якщо не допущені грубі помилки в технології, то процес гартування не виходить за межі розумного ризику. Цей етап обробки особливо важливий, так як саме в цей момент виконуються всі точні обробки. Для досягнення необхідної точності обробки часто потрібен спеціальний інструмент.

• Полірування, підгонка і збір. Це робота слюсаря-інструментальника. Для кожної конкретної прес-форми складність виконання цієї роботи може бути різним, саме тут виявляються і виправляються всі помилки. Іноді збірка і випробування прес-форми викликає несподівані проблеми, що збільшує терміни виготовлення.

• Хромування необхідно для отримання високої твердості поверхні деталей прес-форми, що піддаються підвищеному зносу/амортизації. Матриця має твердість 44-46 HRc та гарантований ресурс роботи 600-700 тис. циклів. Термін служби хромованої прес-форми значно вищий, ніж інших.

 

Описані етапи виготовлення прес-форми в загальних рисах розкривають технологію і дозволяють замовнику зіставити ціну роботи і її зміст.

 

ДОВЕДЕННЯ І ВИПРОБУВАННЯ ПРЕС-ФОРМИ

 

На третьому етапі здійснюється доведення прес-форми до виробництва пластмасових виробів необхідної якості і до заданого часу виробничого циклу. Отримання прес-форми відповідної якості - основна мета всіх описаних вище процесів, і, якщо прес-форма в робочих умовах не показує бажаних результатів, необхідно шукати помилки на перших двох етапах.

 

Від якості виготовлення прес-форми безпосередньо залежить тривалість доведення прес-форми до фінального результату - чим ретельніше виконана робота, тим менше потрібно часу на її фінальний запуск.

 

Випробування прес-форми проводиться в умовах, наближених до реальних умов експлуатації прес-форми.

 

Найважливішою частиною цього процесу є обладнання, на якому здійснюється випробування прес-форм - термопластавтомати - в ідеалі, встановлене для випробування прес-форми обладнання повинно бути аналогічним тому обладнанню, на якому буде здійснювати виробництво пластмасових виробів.

 

ТЕРМІН РОБІТ ПО ВИРОБНИЦТВУ ПРЕС-ФОРМИ

 

Звичайна робота на підприємстві ведеться двома бригадами в дві зміни. Виробничий цикл має наступний розподіл (для прес-форм середньої складності і розмірів):

  1. виготовлення конструкторської документації - 4-7 днів;
  2. замовлення блоків прес-форми - 7-12 днів;
  3. паралельне замовлення формоутворюючих елементів - 5-8 днів;
  4. виготовлення формоутворюючих - 7-10 днів;
  5. спеціальна термообробка формотворчих - 3-5 днів;
  6. механічна обробка стандартних блоків - 3-5 днів;
  7. збірка форми - 2-3 дня;
  8. разом до перших випробувань - 26-42 дня.

Чи не кожне підприємство, яке спеціалізується на виготовленні прес-форм і технологічного оснащення, здатне спроектувати і виготовити прес-форму для виробництва складного пластмасового виробу, що відповідає високим вимогам сучасного споживача.

 

При цьому витрати досить значні - необхідні висококваліфікований персонал, час, дорогі матеріали і спеціалізоване обладнання для виробництва прес-форм. Все це в кінцевому підсумку позначається на ціні.

 

Автор: Академія кон'юнктури Промислових Ринків