Более 80% предметов, выполненных из пластмасс и выпускаемых на промышленных предприятиях, изготавливаются с использованием пресс-форм (ПФ). Они представляют собой металлическую оснастку, предназначенную для изготовления пластиковых изделий методом литья под давлением. Основное их назначение – серийное производство одинаковых предметов, используемых как самостоятельный продукт, так и составные. Они используются для задания конфигурации продукции в процессе литья пластмасс. Благодаря им определяются параметры, начиная от главных – габаритные размеры и вес, заканчивая вспомогательными – фактура, шероховатость, плотность, прочность.

Компания «Креативные машины» занимается изготовлением пресс-форм для горизонтальных термопластавтоматов (ТПА) уже более 20 лет. Купить пресс-форму возможно только с НДС 20%, в стоимость будет включено многоэтапное тестирование, пуско-наладочные работы и доставка до предприятия Заказчика. Для того что бы заказать пресс-форму, нашим специалистам потребуется техническое задание, которое должно включать в себя такую минимальную информацию как: желаемую производительность в месяц/год, желаемый полимерный материал изделия и чертеж/3D модель изделия.

Устройство пресс-форм

 

Пресс-формы, которые находят широкое применение при создании пластмассовых комплектующих и полностью готовых к эксплуатации предметов, начиная от пробок для бутылок, заканчивая втулками и шестернями сложных высокоточных механизмов, состоят из двух ключевых составляющих – матрицы, которая не двигается, и подвижного пуансона. Это технологические элементы, и во время эксплуатации контактируют непосредственно с пластиковыми массами, используемыми для формовки. Они считаются наиболее трудоемкими в проектировании и создании, так как они должны в точности отвечать конфигурации готовой продукции, которые будут отлиты. Вспомогательными компонентами литьевой формы считаются литниковая система, механизм охлаждения и выталкивания готовой продукции, управляющие звенья. Также в ней присутствуют дополнительные компоненты технологического назначения – фиксаторы, выталкиватели, втулки. Стоит заметить, что пресс-формы относятся к быстроизнашивающемуся оборудованию, которое подлежит замене через каждые 4-6 лет в зависимости от интенсивности эксплуатации и качества стали.

Матрица

Считается одной из главных составляющих прессформы. Она используется для формирования наружной поверхности отливки, причем ее параметры напрямую зависят от требуемой конструкции готового компонента. Нижняя часть применяется для того, чтобы сформировать внешнюю сторону детали, а верхняя используется для загрузки расплавленных пластмасс. Они редко изготавливаются цельными, так как это нецелесообразно с экономической точки зрения. Для упрощения механизма производства они делаются составными, причем участки, где она соединяется с узлом впрыска ТПА, изготавливаются так, чтобы при прессовании в зазор не попадал расправленный материал. Если же материал попадает за пределы формообразующих, то это приводит к браку продукции – облою. Причиной этого брака может служить как изношенная или некачественная пресс-форма, так и нехватка усилия смыкания термопластавтомата.

При применении прессформ многогнездного исполнения выполняются матрицы, имеющие вид цилиндра, которые запрессованы в обойму, отличающуюся простотой конструкции. Если поставлена задача изготовить продукцию больших габаритов они производятся сборными из нескольких частей.

Пуансон

Не менее важной составляющей ПФ, которые предназначены для термопластавтоматов, считается пуансон, который считается ответной частью матрицы. Его назначение – передача давления ТПА на расплавленный пластик. Если поставлена задача изготовить деталь малого размера, то возможно внедрение цельных формообразующих, но их производственный этап связан с увеличенным расходом специальной стали, которая применяется для инструментов, поэтому более распространены составные или сборные модификации, отличающиеся более низкой стоимостью и универсальностью.

Резьбовые знаки и кольца

Если поставлена цель изготовить детали с резьбой, то устанавливаются специальные резьбовые кольца и резьбовые знаки, монтируемые в шаблон для литья. Монтаж знаков для внутренней резьбы проходит до прессования, а извлекаются они вместе с заготовкой и вывинчиваются специальными двигателями. Наружную резьбу получают при помощи резьбовых колец, свинчиваемых с готовой продукции после того, как она извлечена из прессформы.

Литниковая система

Эта часть обеспечивает попадание расплавленной пластмассы из сопла ТПА в полость технологического оборудования, предназначенную для образования шаблона. Они отличаются многообразием, и среди них можно найти как простые с холодными каналами и откусыванием литника от полученной заготовки вручную, так с горячими каналами и автоматизированным управлением клапанами. Стоит сказать, что горячеканальные конструкции позволяют снизить расход пластика, а использование запираемых игл помогает практически полностью скрыть точку, которая предназначена для введения расплава. Конструкция литниковых разработок разнообразна, и от нее напрямую зависит стоимость оборудования.

Система охлаждения

С учетом того, что литье под давлением реализуется всегда материалами, которые переходят из состояния жидкости в твердое, важно предусмотреть охлаждение полости для образования формы. В большинстве случаев на охлаждение отлитой заготовки, полученной в термопластавтомате, тратится большой промежуток машинного времени, который может составлять даже более 90% от всего времени цикла. Поэтому при создании прессформ для массового выпуска, важно оснастить их эффективной системой охлаждения. Охлаждение происходит путем создания многочисленных каналов, объединенных в контуры, с циркулирующим по ним жидким теплоносителем. От того, насколько правильно и качественно она спроектирована, зависит себестоимость продукции и его качественные показатели. Эффективное охлаждение позволяет контролировать коробление на стадии финишного остывания и извлечения из ПФ.

Важным назначением системы охлаждения считается тот факт, что она позволяет производить поддержание рабочей температуры формы во время литья, когда необходимо отливать определенные разновидности пластмасс. Еще на стадии проектирования предполагаемые охлаждающие контуры проходят тестирование во время создания математической модели технологического процесса. Оснащается стандартными быстроразъемными соединениями, позволяющими подключить ее к большинству применяемых в термопластавтоматах разъемов и штекеров

Система выталкивания

Назначение системы выталкивания – упростить процедуру извлечения готовой отливки из литьевой оснастки. Она выполнена из разного количества выталкивателей, выполненных в виде цилиндров. Распространены механизмы с плитой съема, выталкиванием в несколько ступеней, съема методами вывинчивания и проворота. Работает она при помощи стандартного привода горизонтального термопластавтомата, но встречаются модели с различными типами приводов. Для некоторых изделий, когда использование толкателей и плиты съёма не рекомендуется, используется еще один способ выталкивания – пневмосдув с формообразующей. Для сдува такого изделия с формы в термопластавтомате должен быть предусмотрен специальный воздушный клапан пневмосдува, который работаем совместно с компрессором.

Центрирующие элементы

К элементам управления относятся направляющие колонки и втулки, лекальные колонки, клинья для запирания. Они подбираются индивидуально, обеспечивая удобство эксплуатации оснастки и его долговечность.

Сталь для пресс-формы

Литьевая оснастка во время функционирования постоянно подвергаются различным видам воздействия – механического, термического, химического. Короб и пуансон, а также вспомогательные звенья контактируют с разнообразными материалами, в которых могут содержаться частицы стекловолокна, мела и других примесей. Формообразующая, контактирующая с пластиками, должна быть отполирована и закалена, иногда на нее наносится покрытие из хрома.

Составляющие изготавливаются из различных марок стали не только для того, чтобы обеспечить длительный срок функционирования и сохранение точности отливки, но и для снижения себестоимости. Чаще всего это стали марок:

• S50C — самая дешевая и мягкая сталь, чаще всего используется для изготовления пакета (основы) формы. Использование для формообразующих не рекомендуется.
• P20 (P20H) – дешевая сталь для изготовления формообразующих, используется для больших форм или в тех проектах, где не требуется большой ресурс оснастки и высокое качество поверхности изделия (плохо держит полировку). Твердость до 30 HRC.
• 718 (718H) – недорогая сталь для изготовления формообразующих. В отличие от марки P20, подходит под азотирование и более хорошо держит полировку. Твердость до 35 HRC.
• NAK80 – сталь с отличной способностью к полировке. Твердость 40 HRC.
• H13 (3CrH13) – хорошая сталь с больших содержанием хрома и углерода. Подходит для оснастки, которая требует высокий ресурс, ведь показатель твердости составляет 50 HRC.
• S136 – хорошая сталь формообразующих для проектов требующих высокий ресурс оснастки. Показатель HRC 46-52.
• сталь 1.2343 (HRC 46-48) – используется для изготовления толкателей.
• сталь 1.2067 (HRC 58-62) – используется для изготовления центрирующих элементов, колонок, втулок.

Еще на стадии разработки прессформы подбирается марка стали, детали из которой способны выдерживать требуемый ресурс. Если возникает необходимость, то определенная часть металла подвергается закаливанию или азотированию, благодаря чему она приобретает необходимый уровень твердости по шкале Роквелла (HRC).

Разновидности

Пресс-формы, находящие широкое применение в горизонтальных термопластавтоматах, отличаются большим многообразием, так как можно получить разнообразные готовые к использованию предметы. Из-за большого количества разных видов они делятся на несколько видов по различным признакам.

В зависимости от параметров, сферы, где они будут внедряться в последующем, и особенностей конструкции их можно классифицировать по:

• Количеству деталей, которые изготавливаются одновременно. Они могут быть одноместными (для прессования одной единицы) и многоместными (для тиража нескольких отливок за один цикл, благодаря чему можно снизить себестоимость и увеличить производительность);
• Типу съёма изделий – ручной и автоматический способы. В автоматической разновидности используются толкатели, которые выталкивают продукцию в наклонную поверхность станка. Ручной сьем используется как правило для больших изделий, которые невозможно вытолкнуть из пресс-формы – их снимают с оснастки вручную или при помощи робота-манипулятора.
• Расположению плоскости разъема – вертикальные и горизонтальные. Эти разновидности соответственно применяются в разных типах термопластавтоматов: вертикальных ТПА и горизонтальных ТПА, соответственно.
• Разновидности литниковой системы – с холодными или горячими каналами. ПФ горячеканального типа отличаются большей производительностью и меньшим объемом отходов, но имеют более высокую стоимость.

 

Где применяются прессформы

 

С учетом того, что продукция из пластиков и пластмасс пользуются спросом во всех отраслях, пресс-формы для термопластавтоматов позволяют получить разнообразные товары. Они применяется для выпуска:

• Одноразовой посуды и тонкостенной упаковки;
• Игрушек и канцтоваров;
• Бытовых приборов, корпусов и их компонентов;
• Медицинского оборудования и медицинского инвентаря;
• Комплектующих для различных отраслей промышленности.

 

Список деталей и компонентов можно продолжать до бесконечности, так как практически все изделия из пластмасс, имеющих различные тех. характеристики и физико-химические свойства, изготавливаются при помощи ПФ для ТПА. Практика показывает, что, имея правильно спроектированную и изготовленную с соблюдением стандартов форму для термопластавтоматов, можно изготовить практически любой самостоятельный продукт или конструкционный сегмент.

 

Как изготавливаются пресс-формы

 

Изготовление пресс-форм – процесс сложный, многоэтапный, имеющий множество особенностей и тонкостей, поэтому его всегда доверяют опытным специалистам. Главная особенность ПФ – это точность создания, благодаря которой можно получить продукцию из полимеров различного состава, соответствующую требованиям заказчика. Изготавливаются они в несколько шагов, каждый из которых важен, поэтому на этапе производства не рекомендуется пропускать какой-то из шагов.

1. Создание технического задания

Проектировщики и инженеры получают техзадание от заказчика. В нем указывается вся информация о том, что требуется получить по итогу – габаритные размеры, геометрия, полимерный материал, планируемый тираж, скорость цикла, количество гнезд (мест) в пресс-форме. Положительным моментом является наличие образца, позволяющего в ходе проектирования вносить корректировки в техдокументацию. Если образца нет, то основа для выпуска такой технологической оснастки – чертежи и трехмерная модель, а вот фото подойдет лишь для ориентировочного составления коммерческого предложения.

2. Создание 3D-модели

Наличие 3D-модели позволяет проектировать будущую отливку с максимальной точностью. Массовое внедрение современных программных комплексов дает возможность проектировщикам автоматизировать процедуру проектирования, обеспечив при этом конструкцию, которая будет прочной и надежной, учтя интенсивность функционирования и особые условия. В ходе трехмерного проектирования изначально разрабатывается модель, на основании которой определяется количество составляющих в литьевом механизме, рассчитываются сечения литников, размеры матрицы, пуансона, знаков. Благодаря трехмерному проектированию можно определить возможные погрешности, не допустить появления дефектов и неточностей. Немаловажным достоинством 3D-модели является то, что будущее изделие проверяется по ряду характеристик с использованием методик конечно-элементного анализа. Наличие аналитических данных позволяет точно определить месторасположение точки впрыска, определить кривизну поверхности, скругления и требуемую толщину отливаемой заготовки.

После построения 3D-модели, которую необходимо получить по итогу, проектировщики создают 3D-модель пресс-формы, разрабатывая сразу и техдокументацию, требуемую для получения качественного результата. На этом шаге определяется комплект составных компонентов литьевой оснастки, причем каждый сегмент подбирается так, чтобы он соответствовал другим комплектующим.

3. Изготовление и сборка

Трехмерная модель ПФ делится на отдельные составляющие, изготавливаемые из стали (марка стали подбирается для каждого сегмента отдельно) на оборудовании с ЧПУ с высокими показателями точности и электроэрозионных станках, позволяющем получить точность до долей микрона. Процесс состоит из нескольких этапов:

• Плиты, применяемые для выпуска корпуса, проходят предварительную обработку на фрезерных станках с ЧПУ;
• Матрица и пунсон проходят черновую мехобработку со снятием основного слоя стали. Допустимый припуск (он указан в соответствующем ГОСТ) – 0,5-1,5 мм;
• Термообработка в печи вакуумного типа, позволяющая закалить составляющие, делая их устойчивыми к износу и возможным механическим нагрузкам;
• Формообразующие компоненты подвергаются получистовой и чистовой обработке, позволяющей получить характеристики, соответствующие рабочей техдокументации. В случаях, если в отливке имеется большое количество ребер с тонкими стенками, острых и прямых углов, пуансон и матрица дополнительно обрабатываются на электроэрозионных станках;
• Финишная обработка может быть реализована как вручную (полировка со специальными составами), так и с использованием электрохимических и лазерных установок;
• Если технической документацией предусмотрено использование дополнительных покрытий, то они наносятся на прошедшую финишную обработку деталь.

4. Сборка и испытание

Составляющие пресс-формы, предусмотренные технической документацией и изготовленные с внедрением высокоточных станков с ЧПУ, передаются опытному слесарю-инструментальщику. Его задача – собрать оснастку, и при необходимости подогнать компоненты так, чтобы ее конструкция максимально соответствовала чертежам. На этой стадии определяются недоработки и ошибки. Зачастую процесс сборки и подгонки отдельных звеньев может затянуться, так как следует выполнить все требования по геометрии поверхностей для формовки и работы механической части. В ходе сборки и подгонки слесарь вносит корректировки в рабочие чертежи с учетом доработок и изменений техпараметров отдельных частей.

5. Тестовая отливка

После того как ПФ собрана, она передается специалистам по работе с термопластавтоматом для получения первого экземпляра. Для этого она устанавливается в горизонтальный термопластавтомат, исходное сырье в котором соответствует композиту, используемому в будущем для массового выпуска. Первый экземпляр, полученный с внедрением новой пресс-формы, проверяется на точность и соответствие техническому заданию, на качественные показатели и наличие изъянов, недочетов и недоработок.

6. Доработка

Если по результатам тестовой отливки выявлены неточности или недоработки, то пресс-форма разбирается и доработка звеньев, влияющих на итоговое качество. После этого они дополнительно подгоняются, шлифуются, полируются и собираются. Собранная конструкция опять используется для теста, и если полученный тестовый экземпляр соответствует требованиям, то она передается заказчику с полным комплектом документации со всеми правками. Немаловажным моментом является внесение изменений и доработок в техническую документацию, так как от этого напрямую зависят итоговые качественные показатели.

7. Особенности производства

Пресс-формы, используемые для горизонтальных термопластавтоматов, относятся к точной оснастке, поэтому их процедура изготовления требует не только точных предварительных расчетов, но и немалого опыта слесарей-инструментальщиков, занимающихся выпуском отдельных элементов. От того, насколько точно создан шаблон для литья под давлением, зависит итоговое качество пластмассового изделия, поэтому процесс производства стоит доверять только специалистам, гарантирующим соответствие литьевой формы чертежам и требованиям заказчика.