Пресс-форма: что это такое, из чего состоит и особенности проектирования

Рынок в России по уровню развития технологий и подготовки кадров

Производство пресс-форм в России существует, однако количество предприятий ограничено. Изготовление требует высокой квалификации: каждая деталь конструкции должна выдерживать давление расплава и обеспечивать точную геометрию изделия.

Формообразующий элемент, литниковый канал, система охлаждения — это технически сложные узлы. Недостаток специалистов формирует спрос на изготовление в Китае, где налажено серийное производство форм под различные виды пластмассы.

Что такое пресс-форма и как она выглядит

Пресс-форма — это литьевая конструкция, предназначенная для формования изделия из пластмассы под давлением на ТПА.

В ее состав входят:

• плиты и направляющие элементы;

• формообразующие детали — матрица и пуансон;

• литниковая система;

• система охлаждения;

• система выталкивания.

Каждая деталь должна быть подогнана с высокой точностью. Даже минимальное отклонение влияет на отливку и повторяемость цикла литья.

Пример: если зазор между толкателем и формообразующей частью не выдержан, отливка может деформироваться, а ресурс конструкции снизится.

Этапы производства: как изготовить и из чего делают пресс-формы

Изготовление пресс-формы занимает в среднем 60–90 дней и включает несколько стадий.

Дизайн изделия

Сначала создается 3D-модель изделия. Учитываются:

• материал (тип пластмассы),

• усадка,

• требования к прочности,

• толщина стенок,

• условия эксплуатации.

На этом этапе определяется будущий цикл литья и расчетное давление.

Проектирование конструкции

Инженер формирует конструкцию формы, рассчитывает литниковый канал, систему охлаждения и распределение давления.

Проводится симуляция литья, анализируется равномерность заполнения формообразующей полости. Ошибки проектирования приводят к нестабильной отливке и увеличению себестоимости производства.

 Модель пресс-формы: рукоятка для инструмента

Подбор материала

Для изготовления применяются инструментальные стали различной твердости. Выбор зависит от:

• объема производства,

• характеристик пластмассы,

• требуемого ресурса,

• давления в цикле литья.

Разные детали конструкции могут выполняться из разных марок стали — это позволяет оптимизировать цену без потери надежности.

Механическая обработка

Используются фрезерные центры, токарные станки и электроэрозионные установки. Формообразующие элементы доводятся до высокой точности.

Точность изготовления напрямую влияет на качество изделия и стабильность литьевого цикла.

Сборка и испытания

После изготовления всех деталей выполняется сборка. Проверяются:

• соосность направляющих,

• корректность литниковой системы,

• эффективность охлаждения,

• работа выталкивания.

Затем проводится пробное литье на ТПА. Изготавливаются тестовые отливки. Конструкция корректируется до достижения стабильного результата.

Таблица 1. Примеры стоимости пресс-формы из разных марок стали

Цель испытаний — проверить, как работает пресс-форма, нет ли сбоев, обеспечивается ли непрерывное формование одинаковых экземпляров из пластика.

На холостом ходу идет проверка смыкания и ход толкателей, затем делается пробная отливка. Если комплектность и правильность сборки соответствуют техническому заданию и инженерной документации, но добиться точной повторяемости не удалось, то ее снимают, разбирают и дорабатывают, исключая проблемные места.

На этом этапе важно не просто получить несколько хороших образцов, а добиться повторяемости. Поэтому цикл прокручивают минимум в течение часа. И если по истечении этого времени изделия падают без дефектов и нет нареканий к их схожести, установка не останавливается и сохраняет стабильность, то она направляется клиенту с полученными образцами, вслед за видео- и фотофиксацией испытаний.

Устройство пресс-формы: из чего состоит система

Конструкция зависит от типа ТПА и характеристик изделия.

Пакет плит

Несущая часть, которая воспринимает давление при смыкании. От прочности зависит ресурс.

Формообразующие детали

Матрица и пуансон образуют геометрию изделия. Они испытывают максимальную нагрузку и работают при высокой температуре.

Литниковая система

Бывает горячая, холодная и комбинированная.

Горячая литниковая система сокращает цикл и уменьшает расход материала.

Холодная проще по конструкции и применяется при менее строгих требованиях.

Выбор влияет на длительность цикла и себестоимость изделия.

Система охлаждения

Каналы охлаждения обеспечивают стабильную температуру. От эффективности охлаждения зависит скорость литья и качество отливки.

Система выталкивания

Позволяет извлечь изделие без повреждений после завершения цикла.

Элементы управления

В большей степени они относятся к регулированию горячего канала. Существует решение, которое позволяет контролировать жар устройства — термостат с контроллером. Он действует независимо от чиллера, который охлаждает весь парк машин.

Программируемый терморегулятор, например, незаменим при литье изделий из поликарбоната, которые требуют предварительного прогрева оснастки до 125 °C с последующим понижением до 120 °C, чтобы избежать большого количества брака.

Классификация

Пресс-формы классифицируются по нескольким ключевым параметрам: конструкция, литниковая система, количество гнезд, назначение и расчетный ресурс. От выбранной конфигурации напрямую зависит цена, производительность и экономическая эффективность производства.

По назначению

Пресс-формы проектируются под конкретное изделие и область применения:

• строительные детали,

• технические комплектующие,

• медицинские изделия,

• упаковка,

• электротехнические элементы.

Для каждой категории учитываются особенности материала, требования к чистоте поверхности, допуски и ресурс.

По расчетному ресурсу

Конструкция может быть рассчитана на разное количество циклов:

• для мелкосерийного производства,

• для массового литья.

Если объем производства небольшой, допускается применение стали средней твердости. При выпуске сотен тысяч или миллионов изделий требуется усиленная конструкция и высокопрочные материалы, выдерживающие значительное давление и длительный цикл эксплуатации.

По литниковой системе

Литниковая система бывает:

• горячая,

• холодная,

• комбинированная.

Горячая литниковая система позволяет подавать расплав непосредственно в формообразующую полость без образования литниковых отходов. Это сокращает цикл литья, уменьшает расход материала и повышает качество изделия. Однако такая конструкция дороже и требует более сложного изготовления.

Холодная система проще по конструкции и дешевле по цене. Она подходит для технических деталей и изделий из вторичной пластмассы. Недостаток — образование литниковых отходов и увеличение длительности цикла.

Выбор типа литникового канала влияет на давление, скорость заполнения и стабильность производства.

Пресс-форма на 64 места для изготовления дюбелей

По количеству гнезд

По гнездности пресс-формы делятся на одноместные и многоместные.

• Одноместная форма используется для крупногабаритного изделия или сложной детали, где требуется высокая точность и равномерное давление расплава.

• Многогнездная конструкция позволяет за один цикл литья получать несколько отливок одновременно.

Чем больше гнезд, тем выше производительность и ниже цена одной детали при серийном производстве. Однако увеличивается нагрузка на литниковую систему, возрастает сложность балансировки давления и охлаждения. Важно правильно рассчитать распределение материала, чтобы каждая отливка получалась идентичной.

Производительность и ресурс работы

Производительность зависит от конструкции, материала и длительности цикла.

Толстостенная отливка требует большего времени охлаждения. Тонкостенное изделие формуется быстрее.

Ресурс определяется качеством изготовления, маркой стали и стабильностью давления в системе ТПА. Чем выше точность и прочность конструкции, тем дольше форма сохраняет характеристики.

Таблица 2. Продуктивность пресс-формы