Пластиковая форма — это инструмент, который превращает расплавленную смолу в готовую деталь: полость и стержень определяют форму, система подачи расплава обеспечивает его циркуляцию, контур охлаждения задает цикл, а система выталкивания извлекает деталь целиком. Создание формы, которая позволяет получать детали с точными размерами и приемлемым внешним видом в заданном объеме, — это не одно решение, а последовательность решений, и каждое из них ограничивает следующее.
Данное руководство следует указанной последовательности. Оно начинается с исходных данных, необходимых для проекта по изготовлению пластиковой пресс-формы до начала проектирования геометрии, описывает шесть этапов от анализа проекта до квалификации первого образца, а затем подробно рассматривает две области, где чаще всего возникают ошибки: выбор материала, из которого изготовлена сама пресс-форма, и конструктивные особенности пластиковой пресс-формы, определяющие качество получаемых деталей. В заключение рассматриваются повторяющиеся ошибки, которые стоит проверить, сопоставив их со своим собственным планом, а также роль производственного партнера в этом процессе.
Что вам нужно, прежде чем начать
Проект по изготовлению пластиковой литьевой формы не может начаться всерьез, пока не будет определен небольшой набор параметров. Каждый из них — это инженерный параметр, изменяющий геометрию оснастки, а не документация, которую нужно будет собирать позже.
Завершенная 3D- модель детали в удобном для использования формате САПР (STEP, IGES, Parasolid или собственный формат) является базовой геометрией. Без нее невозможно вырезать полость и провести анализ технологичности изготовления.
Выбранная смола, с учетом ее усадки и зависимости толщины стенок. Данные об усадке определяют размеры полости; рекомендуемый диапазон толщины стенок смолы определяет, можно ли вообще формовать деталь. Заблаговременное определение марки смолы предотвращает вырезание полости с неправильным припуском.
Объем производства и целевое время цикла. Объем определяет количество полостей, материал пресс-формы и необходимую износостойкость. Целевое время цикла определяет, какой объем охлаждающей способности должна иметь пластиковая пресс-форма.
Пресс, под который должна подходить пластиковая форма. Тоннаж, расстояние между стяжными балками и размер плиты ограничивают площадь основания формы и ее проекционную площадь. Форма, превышающая доступную мощность пресса, не сможет работать, независимо от того, насколько хорошо она спроектирована.
Требуемые допуски и качество поверхности. Они определяют трудозатраты на механическую обработку, полировку и текстурирование, а также то, достижимы ли вообще указанные вами допуски в процессе литья.
Бюджет и сроки. От них зависит, на какие компромиссы придется пойти — например, оправдано ли использование системы горячего литья или же целесообразнее вложить средства в одногнездный инструмент.
Если какой-либо из этих вопросов остается открытым, решите его до начала обработки. Стоимость изменения состава смолы или толщины стенки после вырезания полости намного выше, чем стоимость принятия решения сейчас.
Процесс литья пластмасс под давлением: от проектирования до производства.
Описанный ниже рабочий процесс упорядочен. На каждом этапе получается результат, от которого зависит следующий этап, и на каждом этапе есть контрольная точка, подтверждающая его завершение перед началом следующего.
Шаг 1 — Проверьте конструкцию детали на возможность формовки.
Перед тем как приступать к проектированию геометрии оснастки, проведите проверку технологичности модели детали. Проверьте равномерность толщины стенок по всей детали, уклон каждой вертикальной грани, наличие подрезов и возможность их предотвращения или необходимость бокового воздействия, радиусы углов, а также пропорции выступов и ребер относительно прилегающих стенок. Подтвердите место установки литника и выталкивателей, а также расположение линии разъема.
В результате получается модель с внесенными изменениями и список изменений деталей — или, если изменение неприемлемо, документально оформленное решение о принятии стоимости дополнительных работ. Оба варианта являются допустимыми; непроверенная модель — нет.
Контрольная точка: каждая стена и элемент проверены на соответствие рекомендуемому диапазону толщины выбранной смолы, и каждая вертикальная поверхность имеет сквозняк.
Шаг 2 — Подтверждение материала и усадки
Перед определением размеров полости необходимо зафиксировать смолу и учесть коэффициент усадки. Полость и сердечник вырезаются с запасом по усадке, чтобы деталь, выходящая из инструмента, соответствовала чертежу. Усадка зависит от типа смолы и направления относительно потока, при этом смолы, наполненные стекловолокном или волокном, ведут себя иначе, чем ненаполненные — зачастую усадка вдоль направления потока меньше, чем поперек него.
Возьмите значение усадки из данных поставщика смолы для конкретного сорта, а не из общей таблицы. Два сорта смолы из одной группы могут иметь разные допуски, и применение общего значения к наполненному сорту приведет к тому, что деталь будет выходить за пределы допуска в одном направлении.
Контрольная точка: значение усадки зафиксировано относительно точного класса и применено к модели полости.
Шаг 3 — Проектирование пресс-формы: компоновка полостей, система подачи, охлаждение и выталкивание.
Соберите пластиковую форму вокруг детали, принимая решения последовательно.
- Количество полостей и схема расположения. Сопоставьте количество полостей с годовым объемом и производительностью пресса, затем расположите их таким образом, чтобы расплав достигал каждой полости при одинаковых условиях.
- Тип бегунка и ворота. Выберите систему холодного или горячего литья, затем выберите тип, размер и расположение литникового канала. Литниковый канал определяет заполнение, плотность упаковки и видимость маркировки на готовом изделии.
- Проложите каналы охлаждения таким образом, чтобы тепло отводилось от детали равномерно. Конструкция системы охлаждения влияет на время цикла и напрямую влияет на деформацию.
- Выберите способ удаления и определите, где именно будут оставаться следы от выталкивателя — в идеале на некосметической поверхности.
- Разместите вентиляционные отверстия по линии разъема и в конце заполнения, там, где воздух выходит последним.
Контрольная точка: анализ потока расплава или заполнения формы подтвердил сбалансированное заполнение, отсутствие неполного заполнения и приемлемое расположение сварного шва и воздушных ловушек.
Шаг 4 — Детализация и допуски компонентов пресс-формы
Преобразуйте сборку в чертежи, пригодные для изготовления. Это включает в себя основание пресс-формы и пакет плит, направляющие штифты и втулки, салазки и подъемники для любых подрезов, вставки, а также пакет допусков между полостью, сердечником и разъемными поверхностями.
При подборе зазоров и регулировке необходимо учитывать тепловое расширение при рабочей температуре, а не только при комнатной температуре. Зазор, комфортный на верстаке, может уменьшиться, когда пресс-форма достигнет рабочей температуры.
Контрольная точка: комплект чертежей достаточно полный, чтобы токарь мог изготовить каждую деталь, не возвращаясь с вопросами по проектированию.
Шаг 5 — Машина, Завершить и соберите форму
Вырежьте материал для пресс-формы, затем выполните чистовую обработку и подгонку. Черновая и чистовая обработка полости и сердечника; электроэрозионная обработка для глубоких ребер и острых внутренних углов, недоступных для фрезы; полировка до заданной степени шлифовки; и ручная подгонка направляющих, толкателей и вставок.
Последовательность обработки имеет значение для снятия напряжений в пластине. Удаление большого количества материала за один проход может снять остаточные напряжения и деформировать пластину, поэтому черновая обработка, период отдыха и чистовая обработка часто выполняются в определенной последовательности.
Контрольная точка: все компоненты имеют размеры, указанные на чертеже, и сборка свободно перемещается вручную перед отправкой на пресс.
Шаг 6 — Испытание пресс-формы и проверка качества деталей.
Выполните первые пробные замеры и используйте их для завершения проекта. Пробный замер позволит определить баланс заполнения, время цикла, соответствие размеров, качество внешнего вида и надежность выталкивания. Используйте результаты: отрегулируйте размер затвора, охлаждение или вентиляцию, а затем повторите замер.
Получайте отчеты о размерах деталей из стабильного, репрезентативного для производства цикла, а не из первых нескольких партий. Первые партии еще находятся в стадии усадки, и их измерение может привести к обнаружению проблемы, которой на производстве не существует.
Контрольная точка: в отчете о проверке первого образца указаны допуски на детали по всему комплекту полостей, а также подтверждается стабильная работа пластиковой пресс-формы.
Выбор материалов для пресс-формы из пластика.
Выбор материала для самой формы — это отдельное решение, не связанное с материалом, из которого она будет формоваться, и это скорее вопрос баланса, чем единственного оптимального варианта. К важным свойствам относятся теплопроводность, твердость и износостойкость, обрабатываемость, коррозионная стойкость и стоимость — и правильный баланс зависит от объема производства, типа смолы и требований к деталям.
алюминий Материалы прессформы
Алюминий подходит для мелкосерийного и среднесерийного производства, а также для крупных деталей. Он обладает хорошей теплопроводностью, что обеспечивает быстрые циклы обработки, позволяет быстро и легко обрабатывать детали, а также стоит дешевле стали за тот же блок. Внутри алюминиевой литейной массы следует различать высокопрочную кованую листовую сталь, среднепрочную кованую сталь и литую инструментальную сталь: высокопрочные марки обладают гораздо большей твердостью и прочностью, в то время как литая сталь обеспечивает очень низкое внутреннее напряжение и хорошую стабильность для плоских, больших форм.
Одно практическое предостережение: в закалочно-чувствительных сплавах прочность и твердость изменяются по толщине толстого сечения, что влияет на стабильность при механической обработке. Сплавы, разработанные с низкой закалочно-чувствительностью, сохраняют более однородные свойства по всей поверхности пластины и обрабатываются более предсказуемо.
Алюминий также более подвержен коррозии в каналах охлаждения, чем сталь. Необходимо уделять внимание химическому составу воды и контакту разнородных металлов — поддерживайте температуру воды близкой к нейтральной и изолируйте фитинги в местах соединения двух разных металлов.
Материалы для пресс-форм из медных сплавов
Медные сплавы подходят для зон с высокой температурой нагрева, толстых профилей и участков, критически важных по времени цикла, где их очень высокая теплопроводность отводит тепло быстрее, чем алюминий или сталь. Их можно использовать как для изготовления целых пресс-форм, так и в качестве вставок в стальные или алюминиевые корпуса.
Доступный диапазон твердости широк — от примерно 20 Rc до около 40 Rc в зависимости от сплава — при этом более мягкие марки хорошо полируются, но быстрее изнашиваются. Полирующие свойства, как правило, хорошие, что подходит для оптических и косметических поверхностей.
Практический момент: медная вставка в алюминиевом корпусе нуждается в защитном покрытии в месте прохождения водяного канала между ними, например, в химическом никелировании на обратной стороне меди, чтобы избежать гальванической коррозии между двумя сплавами.
Материалы для пресс-форм из инструментальной стали
Сталь подходит для крупносерийного производства, абразивных или стеклонаполненных смол, а также деталей с жесткими допусками. Она обладает высокой твердостью и износостойкостью, что обеспечивает стабильность размеров полости на протяжении сотен тысяч циклов.
Различайте предварительно закаленные марки стали — которые обрабатываются и сразу поступают в эксплуатацию при твердости примерно 30 Rc — от марок, которые закаляются после обработки до 50 Rc и выше. Твердость влияет на обрабатываемость и теплопроводность: более твердая пластиковая форма служит дольше, но режется медленнее и хуже отводит тепло, чем алюминий.
Подбор материала в соответствии с объемом, смолой и требованиями к детали.
Проведите с участием семей короткий инструктаж в следующем порядке:
- Сколько частей? Низкая и средняя громкость Это указывает на алюминий; большой объем указывает на сталь.
- Насколько абразивна эта смола? Наполнители из стекловолокна или волокна быстро изнашивают пластиковую форму и требуют использования стали или закаленных вставок в литниковом канале и местах с высокой степенью износа.
- Насколько жёсткие допуски? Жесткие допуски способствуют стабильности размеров стали.
- Насколько критично время цикла? Для быстрых циклов предпочтительны алюминиевые или медные вставки в местах перегрева.
- Каковы размеры детали? Для крупных деталей алюминий предпочтительнее из-за стоимости и обрабатываемости.
- Что позволяет бюджет? Этот ответ сужает круг возможных вариантов; конкретная оценка определяется на основе тех же ответов.
Следует отметить, что оснастка для прототипов и промежуточных образцов, а также серийная оснастка — это разные инвестиции, и их следует выбирать отдельно. Инструмент, созданный для проверки конструкции, не обязательно рассчитан на многолетнюю эксплуатацию.
Факторы, определяющие качество деталей при проектировании пресс-форм для пластмасс.
Это те конструктивные решения, которые принимаются внутри пресс-формы и чаще всего определяют, будут ли детали изготовлены правильно. Каждое из них описывается как важный момент, объясняющий, почему он имеет значение для отлитой детали, и какие параметры следует указать.
Толщина стенки и пропорции элементов
Стенки должны быть максимально однородными, насколько это позволяет деталь. Неоднородные стенки приводят к усадке, деформации, внутренним напряжениям и неточностям размеров, поскольку толстые участки остывают медленнее, чем тонкие, и деформируют деталь при усадке.
Второстепенные элементы, такие как ребра и выступы, обычно занимают примерно 40–60 процентов прилегающей стенки, чтобы избежать усадки. Рекомендуемые диапазоны толщины стенок различаются в зависимости от смолы — например, для ABS обычно указывается толщина около 0.045–0.140 дюйма, а для поликарбоната — около 0.040–0.150 дюйма, — поэтому проверьте толщину детали в соответствии с диапазоном для выбранного вами сорта смолы.
В местах, где секция слишком толстая, следует выдолбить в ней пустоты, а не оставлять сплошной материал, и использовать ребра или косынки вместо утолщения стенок. Это позволит сохранить прочность, одновременно уменьшая провал и дисбаланс охлаждения.
Углы уклона и выброс
Каждая грань, параллельная направлению отверстия формы, должна иметь уклон. Обычно используется правило начала формования — примерно один градус на каждый дюйм глубины полости, а для текстурированных поверхностей требуется больший уклон: для легкой текстуры может потребоваться три градуса и более, а для более плотных — еще больше.
Уклон напрямую связан с усилием выталкивания, истиранием и внутренним напряжением, которое проявляется позже в виде деформации или скручивания. Необходимо поддерживать равномерный уклон по всей детали; поверхность, имеющая уклон в одной области и почти вертикальную в другой, будет скользить во время выталкивания и оставлять следы.
Ворота, направляющие и баланс наполнения
Тип, размер и расположение затвора определяют заполнение, плотность упаковки и видимость метки затвора. Слишком маленький затвор ограничивает поток и приводит к повышению давления впрыска; затвор, расположенный на декоративной поверхности, оставляет метку, которая может быть неприемлемой.
При многогнездной компоновке необходимо сбалансировать подачу материала таким образом, чтобы все полости заполнялись одновременно и под одинаковым давлением. Неправильное выполнение этой задачи приводит к переуплотнению материала вблизи литникового канала, неполному заполнению дальних полостей и образованию сварочных швов в зонах, подверженных структурной нагрузке.
Конструкция каналов охлаждения и время цикла
Обычно охлаждение играет доминирующую роль во времени цикла. Диаметр каналов, расстояние между ними и расстояние от поверхности полости определяют скорость отвода тепла от детали: каналы, расположенные слишком далеко от поверхности, охлаждают медленно, а каналы, расположенные слишком близко, могут создавать неравномерное охлаждение и напряжение.
При бурении глубоких кернов используйте бортовое или конформное охлаждение, чтобы достичь участков, недоступных для прямого бурения. Неравномерное охлаждение является основной причиной деформации и смещения размеров, поэтому проектирование системы охлаждения — это вопрос качества, а не только скорости бурения.
Контроль усадки, допусков и деформации
Припуск на усадку применяется к полости и варьируется в зависимости от смолы, направления и сечения стенки. Допуск на формованную пластиковую деталь должен быть реалистичным для данного процесса, а не скопирован с чертежа детали, изготовленной на станке с ЧПУ; допуск, являющийся стандартным для детали, изготовленной на станке с ЧПУ, может выходить за рамки возможностей формования по всему комплекту полостей.
Деформация обычно является проблемой, связанной с охлаждением и ориентацией. Устранить её следует на этапе проектирования пресс-формы — за счёт баланса охлаждения и расположения литниковых каналов — а не путём ужесточения допусков постфактум.
Вентиляция и отделка поверхности
Запертый перед расплавом воздух вызывает пригорание, неполное впрыскивание и высокое давление впрыска. Вентиляционные отверстия должны располагаться на линии разъема и в конце заполнения, где воздух выходит последним.
Заданная шероховатость поверхности детали подразумевает полировку или текстурирование полости. Текстурированная поверхность изменяет требования к уклону, поэтому текстуру и уклон следует указывать одновременно, а не добавлять текстуру после изготовления пресс-формы.
Распространенные ошибки при изготовлении пластиковой формы
Эти виды сбоев повторяются в разных проектах. Перед началом разработки инструментария стоит провести аудит каждого из них, сопоставив его со своим собственным планом.
Проектирование детали без учета уклона или равномерности стенок приводит к усадке, деформации и повреждениям от выталкивания, которые невозможно исправить регулировкой пресса. Для исправления ситуации необходимо провести анализ технологичности конструкции до начала проектирования геометрии полости.
Выбор материала для пресс-формы следует проводить до того, как станут известны объем и тип смолы. В результате получается либо слишком массивная пресс-форма, которая стоит дороже, чем нужно, либо слишком массивная, которая изнашивается в процессе производства. Решение состоит в том, чтобы сначала определить объем и тип смолы, а затем выбрать семейство материалов.
Пропуск анализа заполнения или охлаждения сложных деталей. Следствием этого является несбалансированное заполнение, неполное заполнение формы и деформация, обнаруживаемые только на этапе пробного использования, когда внесение изменений обходится дорого. Коррекция заключается в анализе потока расплава в пресс-форме до того, как конструкция будет передана на механическую обработку.
Задание допусков для обработанных деталей, изготовленных методом литья под давлением, приводит к отбраковке деталей из-за несоответствия допускам, которые производственный процесс не может обеспечить, даже если пресс-форма правильная. Коррекция заключается в установлении допусков, отражающих возможности литья для данного полимера и геометрии.
Пренебрежение химическим составом охлаждающей воды приводит к коррозии и засорению водопроводных труб, что замедляет циклы охлаждения и в конечном итоге предотвращает образование плесени. Решение заключается в поддержании нейтрального состава воды, избегании хлорированных биоцидов и изоляции разнородных металлов.
Рассматривая первое испытание как финишную линию. Следствием этого является снятие пластиковой формы с производства до того, как она стабилизируется, и проблемы с производством, которые проявляются позже. Коррекция заключается в корректировке и повторном запуске до тех пор, пока проверка первого образца не пройдет успешно, охватив всю полость формы в стабильном цикле.
Выбирайте компанию NOBLE для изготовления пластиковых пресс-форм и производства ваших деталей.
Компания NOBLE — это контрактный производитель из Китая, китайско-британское совместное предприятие, признанное правительством как национальное высокотехнологичное предприятие, с более чем десятилетним опытом в области механической обработки деталей, прототипирования и производства. Мы сертифицированы по стандартам ISO 9001:2015 и ISO 13485:2016.
Наши возможности по обслуживанию и опыт в области механической обработки позволяют эффективно продвигать проект от прототипа до серийного производства. На полный запрос коммерческого предложения мы получаем профессиональную смету в течение 24 часов, прототипы изготавливаются быстро, а поддержка производства продолжается в больших объемах. Наши собственные возможности охватывают проектирование, изготовление прототипов и серийное производство деталей.
Для проекта по изготовлению пресс-форм это важно, поскольку пластиковая пресс-форма и производимые ею детали — это одно решение, а не два. Компания NOBLE предоставляет полный спектр услуг от проектирования до сборки, а не только производство: анализ технологичности, изготовление пресс-форм, механическая обработка, финишная обработка поверхности и сборка, подкрепленные собственным контрольно-измерительным оборудованием и процессами контроля качества IQC, IPQC и FQC/OQC. Наше контрольно-измерительное оборудование и общая система контроля качества гарантируют высокую точность изготовления ваших прототипов и компонентов.
Если у вас есть модель детали и целевой объем производства, вы можете отправить запрос на коммерческое предложение и анализ технологичности изготовления. Загрузите ваши CAD-файлы с необходимой информацией, и наши инженеры ответят вам с анализом конструкции и прозрачным ценообразованием.
Часто задаваемые вопросы о изготовлении пластиковых форм
Сколько времени занимает изготовление пластиковой формы?
График производства строится на основе этапов, а не по одному числу. Простые пресс-формы изготавливаются быстрее, чем пресс-формы с боковым действием или жесткими требованиями к внешнему виду, а цикл проб и корректировок добавляет время после механической обработки. Максимально сократить срок производства можно, завершив разработку конструкции детали и состава смолы до начала изготовления оснастки.
Что влияет на стоимость пластиковой формы?
Основными факторами, влияющими на стоимость, являются количество полостей, размер и сложность детали, подрезы и боковые воздействия, качество и текстура поверхности, материал пресс-формы и требования к допускам. Стоимость пресс-формы — это единовременные инвестиции, амортизируемые в течение производственного цикла, поэтому самая дешевая пресс-форма не всегда означает самую низкую общую стоимость.
Сколько полостей должно быть в моей плесени?
Количество полостей зависит от годового объема производства, мощности пресса и стоимости пресс-формы по сравнению со стоимостью одной детали. Одногнездная пресс-форма часто является правильной отправной точкой для мелкосерийного производства или для проверки конструкции перед принятием решения о создании многогнездной пресс-формы.
Можно ли использовать прототип пресс-формы для серийного производства?
Это возможно, если объемы производства ограничены, а также если используются смолы и соблюдаются допуски, для которых предназначен инструмент. Однако инструмент, созданный для прототипирования, может не обладать достаточной твердостью, охлаждающими свойствами или способностью к кавитации для полномасштабного серийного производства. Необходимо заранее указать предполагаемый объем производства, чтобы инструмент был изготовлен с учетом этого объема.
Что мне нужно предоставить, чтобы получить расценки на изготовление пластиковой пресс-формы?
Предоставьте 3D-модель детали, тип смолы, годовой и общий объем производства, требования к допускам и качеству поверхности, целевой пресс (если известен) и дату поставки. Полный запрос предложений (RFQ) позволит быстро и точно рассчитать стоимость.
Для изготовления пластиковой формы мне следует выбрать алюминий или сталь?
Алюминий подходит для более быстрых циклов, более низкой стоимости оснастки и малых и средних объемов производства; сталь подходит для больших объемов, абразивных смол и жестких допусков. Пусть объем и тип смолы станут определяющими факторами при принятии решения, а не само решение на начальном этапе.
