Формы для литья пластмасс
Посуда, игрушки, инструменты, детали для техники и другие изделия из пластика прочно вошли в наш быт. Для их изготовления используется технология литья под давлением, позволяющая выпускать продукцию с высоким уровнем точности (до 0,01 мм). Производство предусматривает использование специальных пресс-форм.
Конструкция пресс-форм
Форма для литья состоит из следующих частей:
- две плиты, соединенные с неподвижной матрицей и движущимся пуансоном;
- направляющие элементы: втулки, колонки;
- толкатели (на внешнем или стандартном приводе) — выталкивают готовую деталь из пресс-формы;
- опорные плиты, подкладные брусья;
- литниковые системы (горяче- и холодноканальные) — передают сырье в гнезда для формования;
- система охлаждения — от нее зависит продолжительность цикла и себестоимость продукции.
Литниковая система подает в полость сырье (полиамид, полиэстер и др.). За счет центрирования изделие формуется, охлаждается, выталкивается из формы толкателем.
Наш менеджер обсудит с вами все детали возможного заказа, оценит его сложность, сообщит итоговую стоимость.
Материалы пресс-форм
Материал пресс-формы выбирают с учётом планируемого тиража, вида перерабатываемого пластика, сложности детали, требований к поверхности и условий эксплуатации. Формообразующие элементы, основание, вставки и подвижные узлы могут изготавливаться из разных материалов.
- Предварительно закалённые инструментальные стали. Поставляются уже термически обработанными, поэтому после механической обработки обычно не требуют дополнительной закалки. Такие стали хорошо обрабатываются, полируются и подходят для изготовления крупных пресс-форм, формообразующих вставок и оснастки для среднесерийного производства. К этой категории относятся стали типа P20 и их модификации.
- Закаливаемые инструментальные стали. После изготовления детали пресс-формы проходят термическую обработку, позволяющую получить высокую твёрдость и износостойкость. Такие материалы применяют для серийной и крупносерийной оснастки, работающей при высоких механических и температурных нагрузках, а также при переработке пластиков с абразивными наполнителями. К этой группе относятся, например, стали типа H13.
- Коррозионностойкие стали. Нержавеющие инструментальные стали используют при переработке материалов, способных выделять химически активные вещества, а также при повышенной влажности и строгих требованиях к чистоте производства. Они подходят для медицинских, оптических и прозрачных изделий, поскольку обладают коррозионной стойкостью и могут хорошо полироваться.
- Конструкционные стали. Из них обычно производят плиты основания, опорные элементы, корпуса и другие детали, которые непосредственно не формируют поверхность пластикового изделия. Применение конструкционных сталей позволяет снизить стоимость оснастки, поскольку для таких компонентов не всегда требуются высокая твёрдость, коррозионная стойкость и возможность зеркальной полировки.
- Алюминиевые сплавы. Благодаря хорошей обрабатываемости и теплопроводности алюминий применяют для опытных и малосерийных пресс-форм, прототипирования и ускоренного запуска производства. Алюминиевая оснастка обычно изготавливается быстрее стальной, но имеет меньшую устойчивость к износу и повреждениям, поэтому не всегда подходит для больших тиражей и переработки абразивных материалов.
- Медные сплавы. Сплавы на основе меди используют преимущественно для отдельных вставок, знаков и участков пресс-формы, где необходимо ускоренное отведение тепла. Их высокая теплопроводность помогает устранить локальные перегретые зоны, сократить продолжительность охлаждения и уменьшить риск коробления детали. При этом стоимость таких материалов выше, поэтому ими обычно не заменяют всю стальную форму.
- Комбинации материалов. В одной пресс-форме могут одновременно использоваться несколько видов стали, алюминиевые компоненты и теплопроводящие медные вставки. Например, основание изготавливают из более доступной конструкционной стали, формообразующие элементы — из закалённой или коррозионностойкой стали, а зоны с затруднённым охлаждением — из медного сплава. Такой подход позволяет совместить требуемый ресурс, качество изделий и приемлемую стоимость оснастки.
Виды пресс-форм
Формы для литья различаются по следующим критериям:
| Критерий классификации | Тип | Описание и назначение |
|---|---|---|
| Литниковая система | Холодноканальная | Материал застывает в литниковых каналах и удаляется вместе с изделием. Подходит для простых изделий и небольших серий. |
| Горячеканальная | Расплав поддерживается в каналах в нагретом состоянии. Снижает отходы, повышает производительность, применяется в серийном производстве. | |
| Комбинированная | Сочетает элементы холодноканальной и горячеканальной системы в зависимости от задач производства. | |
| Количество гнезд | Одногнездовая | Формирует одно изделие за цикл. Используется для сложных или габаритных деталей. |
| N-гнездная | Позволяет получать несколько изделий за один цикл, повышая производительность. | |
| NM-гнездная | Предназначена для одновременного изготовления нескольких одинаковых по размеру деталей. | |
| Режим работы | Ручной | Требует участия оператора. Подходит для малотиражного производства и опытных партий. |
| Полуавтоматический | Часть операций автоматизирована, но требуется контроль оператора. | |
| Автоматический | Полностью автоматизированный процесс. Используется при выпуске крупных партий продукции. | |
| Класс износоустойчивости | Класс 105 | Ресурс до 500 изделий. Применяется для прототипирования и тестовых образцов. |
| Класс 104 | Ресурс до 100 000 изделий. Подходит для гладких пластмасс и ограниченных серий. | |
| Класс 103 | Ресурс до 500 000 изделий. Наиболее востребован в среднетиражном производстве. | |
| Класс 102 | Ресурс около 1 000 000 изделий. Применяется для крупных производственных партий. | |
| Класс 101 | Ресурс свыше 1 000 000 изделий. Максимальная износостойкость для массового производства. | |
| Тип прессования | Прямое прессование | Используется преимущественно для небольших партий и простых изделий. |
| Литьевое прессование | Предназначено для серийного и массового производства с высокой повторяемостью параметров. |
Требования к пластиковой детали
| Требование | Рекомендации | Возможные последствия при несоблюдении |
|---|---|---|
| Равномерная толщина стенок | Толщина стенок должна быть по возможности одинаковой по всей детали. Переходы между участками разной толщины следует выполнять плавными. | Утяжины, коробление, внутренние напряжения и неравномерное охлаждение. |
| Литейные уклоны | Стенки, расположенные вдоль направления раскрытия формы, необходимо выполнять с небольшим уклоном. Его величина зависит от материала, глубины детали и фактуры поверхности. | Затруднённое извлечение, царапины, деформация и ускоренный износ формы. |
| Скругление углов | Внутренние и наружные углы рекомендуется выполнять со скруглениями, избегая резких переходов. | Концентрация напряжений, образование трещин и ухудшение заполнения формы. |
| Правильная конструкция рёбер жёсткости | Рёбра должны быть тоньше основной стенки и соединяться с ней плавными радиусами. | Утяжины на лицевой поверхности, коробление и увеличение времени охлаждения. |
| Оптимальная конструкция бобышек | Крепёжные стойки и бобышки желательно соединять с основной деталью рёбрами, не создавая массивных участков. | Утяжины, трещины, деформация и локальное скопление материала. |
| Минимальное количество поднутрений | Деталь желательно проектировать так, чтобы она извлекалась при прямом раскрытии пресс-формы. | Усложнение конструкции формы, необходимость применения ползунов и увеличение стоимости. |
| Учёт усадки пластика | Размеры формующей полости рассчитывают с учётом усадки материала, наличия наполнителей и направления течения расплава. | Отклонение размеров готового изделия от заданных значений. |
| Рациональное расположение линии разъёма | Линию разъёма следует размещать в зоне, где след будет наименее заметен и не повлияет на функциональность изделия. | Видимый шов, образование облоя и необходимость дополнительной обработки. |
| Правильное расположение точки впуска | Место подачи расплава выбирают с учётом толщины стенок, направления потока и требований к внешнему виду изделия. | Непроливы, линии спая, воздушные ловушки и заметный след литника. |
| Места для толкателей | Толкатели располагают на участках, где их следы не нарушат внешний вид и функциональность детали. | Вмятины, трещины, деформация и заметные следы на поверхности. |
| Удаление воздуха из полости | Конструкция детали должна позволять воздуху выходить через вентиляционные каналы пресс-формы. | Подгорание пластика, непроливы, пузырьки и воздушные включения. |
| Рациональная глубина полостей | Глубокие и узкие полости желательно упрощать или предусматривать для них увеличенные литейные уклоны. | Сложное заполнение, деформация при извлечении и повреждение тонких элементов. |
| Равномерное охлаждение | Следует избегать массивных участков, локальных утолщений и резких переходов толщины. | Коробление, утяжины, остаточные напряжения и нестабильность размеров. |
| Обоснованные допуски | Жёсткие допуски следует назначать только на функционально значимых участках детали. | Удорожание пресс-формы, увеличение объёма доводки и контроля. |
| Требования к поверхности | Необходимо заранее определить требования к глянцу, матовости, фактуре, цвету и допустимости следов впуска и толкателей. | Несоответствие изделия требованиям дизайна и необходимость доработки формы. |
| Учёт направления волокон наполнителя | Для пластиков со стекловолокном следует учитывать направление течения расплава и ориентацию волокон. | Неравномерная усадка, коробление и различия прочности в разных направлениях. |
Изготовление пресс-формы
Процесс создания пресс-формы — это комплекс инженерных и производственных операций, направленных на получение оснастки с заданной точностью, ресурсом и стабильностью работы. Основные этапы включают:
- Проектирование.
На этом этапе анализируются технические требования к будущему изделию: геометрия, материал пластмассы, предполагаемый тираж, требования к поверхности и допускам. Выполняется расчет усадки материала, определяются линии разъема, расположение литников, каналов охлаждения и системы выталкивания. Разрабатываются 2D-чертежи и создаётся общая концепция пресс-формы с учетом типа оборудования, на котором она будет эксплуатироваться.
- Прототипирование и конструкторская подготовка.
Создается точная 3D-модель изделия и всех элементов оснастки в CAD-системах. Проводится проверка собираемости, анализ заполнения формы (Moldflow-анализ), оценка возможных дефектов — усадочных раковин, недолива, коробления. Формируется полный комплект конструкторской документации: спецификации, сборочные чертежи, карты обработки. При необходимости изготавливается прототип детали для тестирования геометрии и функциональности.
- Изготовление элементов пресс-формы.
Корпусные детали и формообразующие элементы производятся из инструментальных сталей или других износостойких материалов. Обработка выполняется на станках с ЧПУ с высокой точностью. Формовые элементы проходят несколько стадий:
- черновая механическая обработка;
- термическая обработка для повышения твердости и износостойкости;
- чистовая высокоточная обработка;
- финишная доводка — шлифование, полировка, при необходимости лазерная или электроэрозионная обработка.
Параллельно изготавливаются и монтируются литниковая система, каналы охлаждения, направляющие, элементы выталкивания. На этом этапе критически важна точность сопряжений и соблюдение допусков.
- Сборка и испытания.
После изготовления все элементы собираются в единую конструкцию. Проверяется корректность работы направляющих, системы охлаждения и механизма выталкивания. Затем проводится пробное литьё на оборудовании заказчика или производителя формы. Оцениваются качество поверхности изделия, геометрическая точность, равномерность заполнения, время цикла. При необходимости выполняется доработка или регулировка отдельных узлов.
Финально подтверждается ресурс пресс-формы, ее износостойкость и соответствие заявленным техническим характеристикам.
6
