Пресс-форма — это сложное техническое устройство для формообразования продукции литьем под давлением. Внутреннее пространство заполняют порошковыми металлами, композитами или термоформовочными пластиками: ПЭ, ПП, ПС, ПВХ, ПММА.
От оснастки зависят параметры будущего изделия: форма, прочность, шероховатость внешней поверхности и плотность структуры. Технические устройства применяют в литьевых машинах и гидравлических прессах. Производством пресс-форм занимаются специализированные организации.
Потребители продукции — производственные компании, которые серийно выпускают продукты для бизнеса (B2B) и конечного потребителя (B2C). Примеры изделий: теплоизоляция, фурнитура, трубы, детали для автомобилей, различные типы упаковки: прозрачной, белой, цветной, мягкой, жесткой.
Экономический аспект внедрения пресс-форм заключается в повышении производительности труда и снижении себестоимости продукции. Эффективность зависит от количества: чем больше объем партии, тем ниже расходы на одну штуку. Рабочий цикл изготовления тонкостенной детали простой формы может составлять 5 секунд. Чтобы увеличить КПД и снизить нагрузку на персонал, процесс автоматизируют: внедряют ЧПУ, АСУ ТП, АРМ и аналогичное оборудование.
Метод выгодно отличается от других технологий. Если сравнивать с литьем в литники и горячеканальные пресс-формы, основное преимущество заключается в отсутствие отходов. Производственные компании экономят на материалах. отсутствуют раскрой и затраты на сбор, хранение, пакетирование, транспортировку и утилизацию отходов.
Преимущество формирования изделий в пресс-формах
Технологическое решение универсально, ускоряет рабочий цикл, повышает качество продукции, снимает многие ограничения по конфигурации.
При однопозиционной штамповке формообразование происходит за один проход. Операцию применяют для деталей простой формы. Оснащение обеспечивает идентичность всех изделий партии: высокую степень геометрической точности и стабильность механических свойств. Повторяемость продукции и орудий труда критична для многих отраслей: медицины, электроники, автомобилестроения, приборостроения. При однопозиционной штамповке компания сокращает рабочий цикл и уменьшает себестоимость продукции. Технологию применяют в мелкосерийном производстве.
Внедрение составных или прогрессивных пресс-форм ускоряет процесс. При многопозиционной штамповке каждая станция выполняет «свою» часть задачи. Чаще используют метод, когда за один рабочий цикл обрабатывают несколько заготовок. Второй вариант — последовательное изготовление изделий сложной формы, где составная пресс-форма служит для выполнения нескольких операций на одной заготовке.
Многопозиционная штамповка — выбор крупных компаний, выпускающих продукцию в промышленных масштабах. В массовом производстве в цене методы, которые обеспечивают высокую скорость работы и снижение расходов.
Формообразование в пресс-формах — универсальная технология. Доказательство тому — формовка изделий в многогнездовых и групповых пресс-формах. О всеохватности метода свидетельствует широкий спектр применения материалов (сырья) и готовых изделий.
Качество продукции
У пресс-форм минимум ограничений. Методом литья в формы под давлением получают детали простой и сложной геометрии: с внутренними полостями и тонкими стенками. Точность изделия и продолжительность рабочего цикла определяется назначением продукции, а также качеством изготовления и степенью износа формы и оборудования.
Иногда при извлечении из пресс-формы ухудшается качество изделия. Изношенная оснастка не гарантирует соответствие формы и размеров. Время на замену непригодных конструкций увеличивает рабочий цикл. Способ уменьшить процент брака — на этапе запуска не пожалеть денег на качественную оснастку.
Специалист по производству пресс-форм сначала прорабатывает чертеж, описание и спецификацию. После изучения технической документации на деталь, определяет параметры рабочих и других поверхностей оснастки. Далее следует выбор материалов и технологий изготовления конструкций. Литьевые формы для крупносерийного производства изготавливают из более износостойких сталей и сплавов.
Класс чистоты
Для примера рассмотрим стандартные требования к классу шероховатости. Нормативные показатели для важных конструкций: формирующих элементов — 10-12, подвижных направляющих (колонок, втулок) — 8. Чтобы уменьшить износ и облегчить выталкивание изделия, поверхности хромируют.
Менее жесткие требования к конструкциям, которые не участвуют в формообразовании, но косвенно воздействуют на термоформовочные пластмассы:
- восьмой класс шероховатости — боковые части пунсона, литниковых камер, каналов;
- седьмой класс — плоскости плит;
- второй класс — неподвижные элементы пресс-форм.
По мере эксплуатации качество всех конструкций снижается. В зависимости от состояния, элементы оснастки ремонтируют или заменяют новыми. Аналогичным образом оценивают работоспособность частей оборудованию, например, направляющих гидравлических прессов.
При соблюдении требований деталь имеет гладкую поверхность без шероховатостей и дефектов. Доработка часто не требуется. Эксплуатационные характеристики деталей соответствуют высоким требованиям.
Внедрение контроля качества и использование оснастки от надежного производителя — способ сэкономить на штрафах, рекламациях и судебных разбирательствах.
Стадии производства пресс-форм
У оснастки для литья и прессования в формах есть недостатки: дефекты из-за неправильного распределения давления в процессе выталкивания, проблемы с извлечением заготовки, результат напрямую зависит от качества сырья.
На начальном этапе производство пресс-форм требует высоких затрат. Заказчик обращается в специализированную компанию, стороны сделки разрабатывают и утверждают ТЗ. Далее подрядчик разрабатывает компьютерную модель в 3D-формате, заказывает материалы, изготавливает, тестирует, дорабатывает. Стороны подписывают акт приема и передачи.
Как любая оснастка, пресс-форма нуждается в регулярном обслуживании и ремонте. После каждого рабочего цикла обязательна разборка и очистка. Основные параметры — прочность, полный ресурс износа, максимальное количество размыканий до первого ремонта и другие, — указаны в паспорте, государственных и отраслевых стандартах качества.
По сравнению с другими формообразующими операциями, например, на 3D-принтере, литье под давлением сложно отнести к гибким процессам. Нецелесообразно переделывать пресс-форму при усложнении конструкции детали или изменении спроса на рынке. Технология не подходит предприятиям, работающим с большой номенклатурой товаров, которую производят мелкими партиями.
Конструкция оснастки для литья под давлением
В пресс-форме основную работу выполняет пунсон и матрица, которая может быть составной или цельной. Внутренняя полость представляют собой негативный отпечаток будущей детали. Дополнительные конструктивные элементы, которые формируют изделия: кольца, вкладыши, резьбовые и формующие знаки. Все устройства соответствуют требованиям системы стандартизации.
Назначение некоторых конструктивных элементов:
- вкладышей — сформировать сквозное отверстие, ступенчатое или другое углубление; резьбовых колец — резьбу;
- резьбовых знаков — повышение прочности готового изделия: гайки и штифты навинчиваются на знаки;
- литников — направить в рабочую полость расплавленный термоформовочный материал.
Устройства имеют подвижное (разъемное) или неподвижное крепление, вращаются или находятся в статичном состоянии.
При проектировании литьевой формы руководствуются следующим подходом. Подвижные части, например, знаки, участвуют в выталкивании готового изделия, в то время как статичные конструкции имеют косвенное отношения к процессу.
Работу пресс-формы обеспечивают вспомогательные элементы. Это устройства, которые непосредственно не соприкасаются с заготовкой: система охлаждения и нагрева, направляющие колонны, фиксаторы, выталкиватели, ручки, опорные планки. Предусмотрены устройства центрирования, контроля и управления процессом. В список входят центраторы, счетчики циклов, клинья, локальные колонки и другие.
Качество оснастки, оборудования и продукции — взаимосвязанные понятия. На предприятиях, где бережно относятся к пресс-форме, конструкции служат дольше. Полный ресурс зависит от материала составляющих, качества сборки, интенсивности эксплуатации, регулярной очистки после операции, соблюдения правил технического обслуживания и ремонта. Средний показатель полной наработки отказ — 4-6 лет.
Классификация пресс-форм
По принципу действия оснастку разделяют на три категории: для прямого (компрессионного), литьевого (трансферного) и инжекционного прессования. Основное отличие технологий заключается в способе загрузки и оборудовании.
Пресс-формы классифицируют по способу установки: стационарные (несъемные) и съемные конструкции. Имеет значение расположение плоскостей разъема: горизонтальное или вертикальное.
Оснащение разделяют по признакам:
- принципу работы: автоматические, полуавтоматические и ручные устройства;
- конструкции формообразующей полости: для одного или нескольких изделий;
- ресурсу износа (то есть, рассчитанному производителем количеству смыканий и размыканий);
- особенностям систем нагрева и охлаждения.
Если рассматривать прямое прессование, операцию выполняют на гидравлических прессах. Фторопласты, термопластические и термореактивные материалы загружают непосредственно в формующую полость. При подаче питания пуансон движется в направлении матрицы и давит на металлопластмассовое сырье в рабочей полости. Под действием усилия уменьшается количество пустот, структура уплотняется и превращается в готовую деталь.
Как правило, формообразование деталей из порошковых металлов происходит без повышения температуры. При обработке материалов с приставкой «термо» используется нагрев. Фторопласт формируют в холодных пресс-формах, после чего уплотненную заготовку направляют на следующую операцию — спекание.
Технология компрессионного прессования подходит для изделий простой формы. У этого способа невысокие показатели производительности. Гидравлический пресс работает медленнее литьевых машин.
Прямой метод формообразования применяют в мелкосерийном производстве, когда конструкция деталей не меняется годами, а другие технологии использовать нецелесообразно.
Трансферное литье в пресс-формы
По сравнению с прямым методом, эта технология включает дополнительную операцию, которая улучшает качество готовой продукции, но увеличивает производственные расходы. Трансферным литьем изготавливают изделия массового спроса со сложной формой.
На участке трансферного литья устанавливают отдельную камеру. Термореактивную полимерную массу помещают в специальную ванну и нагревают до температуры, близкой к плавлению.
Камера и литьевая машина связаны системой каналов. Нагретую пластическую массу под давлением направляют из ванны к формовочному оборудованию. Вязкотекучий материал впрыскивают в закрытую пресс-форму.
Стандартное оборудование для литья по технологии «Plunger transfer molding» — трансферная формовочная машина вертикальной конструкции. Вверху расположен плунжерный механизм. Ниже находятся боковые каналы, которые сообщаются с пресс-формой.
Для работы используют виды пластмасс:
- термореактивные полимеры (преимущественно, эпоксидные смолы и полиуретаны);
- насыпной формовочный компаунд;
- силиконовые резиновые смеси.
Для работы с силиконовой резиной применяют метод «Pot transfer molding», который отличается способом наполнения пресс-формы — через центральный канал, в то время как при «Plunger transfer molding» используются боковые проходы.
Особенности пластиковых конструкций, полученных трансферным литьем: прочность, плотная структура и четкие контуры, без внутренних пустот и наружных дефектов. Технологию используют для тонкостенных изделий сложной формы с высокими требованиями к детализации. Дополнительный способ упрочнения детали — армирование, например, стекловолокном.
Инжекторное прессование
В отличие от трансферного литья, при инжекторном прессовании плавильную камеру не используют. Термопластический материал под высоким давлением впрыскивают непосредственно в пресс-форму. Метод обеспечивает высокую точность и однородность изделий.
Преимущества инжекционного формообразования заключается в высокой продуктивности. Технологию применяют при массовом выпуске изделий, когда важно за короткое время произвести тысячи единиц продукции.
Рабочий цикл включает стадии: подготовки, заполнения пресс-формы, отвердения массы и извлечения изделия. Сначала гранулы загружают в инжекторный механизм и нагревают до температуры плавления. Массу впрыскивают под высоким давлением в формующую полость закрытой пресс-формы. Термоформовочная пластмасса охлаждается и затвердевает. Срабатывают выталкиватели, которые извлекают готовое изделие из формы. Технологический цикл завершен.
Детальную информацию о производстве пресс-форм можно получить у профессионалов. Позвоните консультанту «Сколковского Механического Завода», чтобы организовать на своей территории новый бизнес. Специалисты спроектируют и изготовят качественную пресс-форму.
«Сколковский Механический Завод» принимает заказы на разработку оснастки любой сложности для разных отраслей деятельности. Если на предприятии скапливаются металлопластмассовые отходы, эксперты подскажут, как извлечь доход от переработки.
