Пресс-формы

 Содержание:

1. Конструкци пресс-форм
2. Применение
3. Производство пресс-форм
4. Классификация
5. Прямое прессование
6. Трансферное литье
7. Инжекторное прессование
8. Материалы для литья

Пресс-формы представляют собой две полусферы с полостью внутри, полностью повторяющей конфигурацию будущих изделий.

Они используются для литья под давлением или прессования серийных изделий из пластика, металла, композитных материалов.

Формообразующие устройства позволяют изготавливать точные копии одной и той же детали в больших количествах с минимальными затратами труда и времени.

Конструкция пресс-форм

Пресс-форма имеет сложную конструкцию, состоящую из нескольких узлов и деталей.

Основные элементы формирующей оснастки — неподвижная матрица и подвижный пуансон.

• матрица представляет собой полусферу, жестко закрепленную на неподвижной основе;
• пуансон состоит из одной или нескольких частей, установленных на подвижной плите.

Матрица и пуансон при смыкании образуют герметичную полость. По литниковым каналам в полость пресс-формы подается расплавленный материал, затвердевающий при охлаждении.

Элементы пресс-форм

Кроме формообразующих деталей в конструкцию входят вспомогательные элементы:

• направляющие колонны, опоры, втулки, служащие для центрирования и точного совмещения формообразующих элементов; 
• литники, разводящие коллекторы, сопла, инжекторы, предназначенные для подачи пластика или другого материала в форму;
• каналы и системы охлаждения, обеспечивающие равномерное охлаждение и отвод тепла;
• закладные, служащие для формирования резьбы, отверстий, пазов, углублений и выступов.

Кроме того, модули состоят из элементов, необходимых для технического функционирования: фиксаторов, различных втулок, выталкивателей, опорных планок, систем подогрева.

Извлечение готовых изделий может выполняться вручную, выталкивающими стержнями, вкладышами, плитой или посредством выдувания сжатым воздухом.

Для изготовления пресс-форм чаще всего используют инструментальную сталь, обладающую высокой твердостью, износостойкостью, стойкостью к деформациям.

Формы для прототипирования или производства небольших партий продукции иногда изготавливают из алюминия.

Выбор материала определяется условиями эксплуатации, требованиями к точности размеров и долговечности инструмента.

Конструкция должна обеспечивать высокое качество изделий, скорость производства, долговечность самого инструмента.

Все элементы пресс-формы должны составлять идеально подогнанную систему, части которой точно сопрягаются между собой.

 

Конструкция пресс-формы.

Применение пресс-форм

Пресс-формы широко используются в различных отраслях, включая:

• автомобильная промышленность — кузовные панели, резиновые уплотнители, шины, коврики;
• металлообработка — алюминиевые профили, крепежные элементы;
• медицина и фармацевтика — приборы, инструменты, протезы, флаконы;
• электроника — корпуса электрооборудования, детали устройств;
• мебельное производство — декоративные элементы, фурнитура;
• пластмассовое литье — корпуса бытовой техники, игрушки, упаковка, бутылки.

Пресс-формы позволяют массово производить точные и повторяемые детали.

Формы для пластиковых бутылок.

Производство пресс-форм

Пресс-формы изготавливаются по техническому заданию заказчика.

Оно должно отражать:

• характеристики литьевого оборудования;
• параметры;
• требования к качеству поверхности;
• конструктивные особенности, которые должны учитываться при проектировании.

К ТЗ прикладываются эскизы будущих деталей с размерами, или образцы.

Производство пресс-форм является многоэтапным процессом, включающим проектирование, выбор материала, металлообработку, тестирование готовых изделий.

Рассмотрим подробно каждый этап:

Проектирование пресс-форм

Подбирается технология производства, функциональные характеристики устройства. Определяется форма, набор элементов литьевой оснастки. Разрабатываются рабочие чертежи, составляются спецификации узлов и деталей.

Создается 3-D модель будущего изделия пуансона и матрицы с гладкими и резьбовыми знаками, шиберами, вставками, литниковыми системами.

Современное программное обеспечение позволяет на этапе проектирования спрогнозировать поведение расплавленного полимера или сплава, избежать или максимально уменьшить коробление, усадку, другие дефекты.

Выбор материала

В процессе эксплуатации оснастка подвергается механическим, химическим, термическим воздействиям. Прочность и твердость материала влияет на производственный ресурс устройства.

Формообразующие элементы изготавливаются из инструментальных сталей и сплавов:

• для производства ответственных деталей используется сплав углеродистой стали с никелем и хромом 12ХН3А, инструментальная сталь марки 6ХВ2С;
• элементы средней сложности изготавливаются из металла марок ХГ, ХВГ, 5ХГМ, 5ХНВ; 
• для изготовления небольших серий простых изделий подойдут сплавы на основе алюминия, цинка, меди.

Выталкиватели, опорные планки, резьбовые знаки, направляющие втулки, колонки изготавливаются из стали У8А.

Верхние и нижние плиты, пуансоны, обоймы, знакодержатели могут изготавливаться из стали марки Ст 45.

Для плит обогрева подойдет сталь марки Ст 10, для опорных брусьев — Ст 3.

Изготовление форм

В процессе производства заготовкам придается заданная форма с точными размерами. Высокую скорость и точность обработки пресс-форм обеспечивают современные токарные и фрезерные станки с ЧПУ.

Процесс включает:

• механическую обработку заготовок на фрезерных станках;
• вытачивание вспомогательных элементов (втулок, выталкивателей, различных стержней на токарных станках;
• сверление отверстий код крепежи, направляющие колонки и втулки;
• шлифование и полировка плоскостей плит и формообразующих полостей;
• финальную обработку деталей для достижения нужных размеров и форм;
• термическую обработку в специальных печах для снятия напряжения и повышения износостойкости.

Для повышения прочности, твердости, износостойкости формообразующие грани пуансона и матрицы полируют и хромируют. Для предотвращения прилипания материала и создания гладкой поверхности отливок, после хромирования выполняется повторная полировка.

Готовая конструкция собирается и тестируется в лабораторных условиях. Тестовые испытания могут выполняться в присутствии заинтересованных сторон.

Готовые пресс-формы консервируются, упаковываются и передаются заказчику.

Форма для изготовления тары.

Классификация пресс-форм

Пресс-формы для литья под давлением бывают стационарными и съемными, автоматическими и ручными.

Литьевая оснастка классифицируется по назначению, конструктивным признакам, технологическим задачам и другим критериям.

По назначению	прямого прессования — используется для изготовления простых продуктов с невысокой степенью сложности; инжекционного формования — для создания сложных предметов с тонкими стенками, мелкими деталями; компрессионного формования — для производства изделий из термореактивных полимеров под воздействием тепла и высокого давления.
По количеству плоскостей разъема	двухплитные — имеют одну линию разъема, расположенную в горизонтальной или вертикальной плоскости; трехплитные — предназначены для создания изделий сложных конфигураций, имеют три и более линии разъема.
По технологическим задачам	холодноканальные, когда остывание литников происходит вместе с расплавом. Остывшие литники извлекаются вместе с заготовкой и не могут использоваться повторно; горячеканальные, нагревающиеся при помощи расположенных внутри термоэлементов. Благодаря равномерной температуре не происходит отвердевания сплавов внутри каналов. Литники могут использоваться в следующих циклах.
По количеству гнезд	одногнездовые пресс-формы предназначены для создания одновременно одного изделия; многогнездовые — служат для создания нескольких продуктов за цикл.
По расположению плоскости разъема	горизонтальные; вертикальные пресс-формы.
По виду управления	ручные; автоматизированные.

Разнообразие типов пресс-форм обусловлено широким диапазоном потребностей промышленности и особенностями технологического процесса.

При выборе пресс-форм стоит руководствоваться мощностью ТПА, объемами производства, конструктивными особенностями изделий.

Термопластавтомат.

 

Прямое прессование

Процесс изготовления в пресс-форме включает следующие этапы:

• Подготовка. Сырье (термопластичные полимеры, резину, металл и пр.) нагревают до температуры плавления или размягчения.
• Заполнение формы. Расплавленный материал заливают или впрыскивают в полость пресс-формы.
• Формование. Закрытие пресс-формы и использование давления для придания изделию формы.
• Охлаждение. После заполнения форма охлаждается, позволяя материалу затвердеть.
• Извлечение изделий. Готовые детали извлекаются из пресс-формы.

При необходимости, выполняется механическая доработка изделий.

Этот метод широко применяется для производства различных деталей из термопластичных материалов, резины и некоторых видов пластмасс.

Преимущества метода:

• простота конструкции форм, сравнительно низкая стоимость оборудования;
• высокая степень уплотнения;
• возможность изготовления конструкций сложных геометрических форм.

К недостаткам относится ограниченная точность размеров, низкая производительность , возможность неравномерной структуры изделий.

При выборе сырья для прямого прессования большое значение имеет хорошая сыпучесть, высокая прессуемость, низкая адгезия материала к пресс-форме.

Прямое прессование. а) загрузка сырья; б) смыкание пресс-формы; в) извлечение детали. 1-полимерный композит. 2- пуансон. 3 –матрица, 4-выталкиватель.

Трансферное литье

Метод отличается от традиционного инжекционного (литьевого) способа тем, что расплавленный материал подается в закрытую полость пресс-формы не непосредственно из шнекового цилиндра, а через специальную камеру-трансферную систему.

Метод включает три основных стадии:

• Заполнение камеры. Компоненты смеси смешиваются и нагреваются до необходимой консистенции в отдельной камере вне пресс-формы.
• Передача материала в пресс-форму. Готовое расплавленное сырье впрыскивается в закрытые полости пресс-формы через каналы подачи.
• Формование и выдерживание. После заполнения формы, компоненты остаются под давлением и температурой до завершения реакции полимеризации и затвердения.

По завершении цикла изделие извлекается из формы и готово к использованию.

Метода трансферного литья подходит для крупных и толстостенных изделий.

Преимущества метода:

• возможность точного дозирования массы и равномерного распределения материала;
• однородность структуры;
• низкий процент брака вследствие контролируемого впрыска и полного заполнения формы.

Недостатки трансферного литья:

• сложная конструкция оборудования;
• повышенные затраты энергии и материалов на подготовку сырья;
• сложности быстрого изменения дизайна.

Этот метод чаще применяется для изготовления объемных деталей сложной конфигурации, требующих повышенной устойчивости к механическим нагрузкам и химическим воздействиям (электротехнических изделий, фасонных деталей, декоративных панелей, автомобильных комплектующих).

Трансферное литье обеспечивает высокое качество выпускаемых изделий. Эффективно для изготовления больших партий.

Трансферное формовавние. а) загрузка материала; б) формование детали; в) извлечение готового изделия.

Инжекторное прессование 

Это комбинированный метод формования изделий из термореактивных композитов, сочетающий преимущества традиционных методик прессования и инжекции. Данный метод нашел свое распространение в автомобильной, электротехнической и аэрокосмической промышленности благодаря способности формировать крупногабаритные и сложные детали с высокими эксплуатационными характеристиками.

Этапы инжекторного (или инжекционного) прессования:

• Сырье загружают в специальный бункер-накопитель, откуда оно поступает в зону нагрева и перемешивания.
• Гранулы нагреваются и равномерно до определенной температуры.
• Расплавленный материал поступает в специальную камеру, откуда он принудительно подается в закрытый пресс-инструмент под действием поршня или винта-шнека. Инъекция выполняется с определенным давлением и скоростью.
• После попадания в форму материал равномерно распределяется по внутренним каналам, заполняя всю полость формы.
• Горячий материал под высоким давлением окончательно формируется в виде готового изделия, которое проходит стадию охлаждения и стабилизации структуры.
• Изделия остывают и извлекаются из пресс-формы.

При необходимости проводится дополнительная обработка (обрезка облоя, шлифовка, покраска, нанесение покрытий)

Преимущества инжекторного прессования:

• высокая степень автоматичности процесса;
• возможность точной регулировки состава сырья и параметров переработки;
• высококачественная структура готовых изделий с минимальной пористостью и оптимизированными свойствами;
• сокращение отходов и снижение энергозатрат по сравнению с традиционными технологиями прессования.

Инжекторное прессование подходит для широкого спектра конструкционных деталей, начиная от мелких электророзеток и заканчивая крупными автомобильными панелями. Однако сложность технологического процесса и необходимость специального оборудования ограничивают область применения метода.

Инжекционное прессование представляет собой эффективный метод производства высокопрочных и надежных деталей из композитов, применяемых в высокотехнологичных сферах промышленности.

Схема литья под давлением.

 

Материалы для литья 

Основные группы материалов, используемых в литейных процессах:

Группа полимеров	Описание
Термопластичные полимеры	Наиболее распространенное сырье для литьевых процессов, благодаря своей способности повторно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении. Примеры: полиэтилен (PE), полипропилен (PP), полистирол (PS), поликарбонат (PC), поливинилхлорид (PVC), плексиглас (акриловое стекло). Применяются в производстве упаковочных материалов, бытовой техники, автомобилей, электроники, медицинской аппаратуры.
Реактопласты	Полимеры, способные подвергаться химической реакции при нагревании. Наиболее распространенные: эпоксидные, фенольные, уретановые смолы, силоксаны. Часто используются в автомобильной промышленности, электротехнике, строительстве.
Металлы	Некоторые виды металлов, используемые в этом процессе: алюминий, латунь, бронза, цинк, различные виды сталей и сплавов. Изделия из металла применяются в автомобилестроении, авиационной промышленности, электронике и машиностроении.
Композиты	Часто используется сочетание полимера и армирующего наполнителя, такого как стекловолокно, углеродное волокно или керамические частицы. Они находят применение в авиационной и космической отрасли, строительных конструкциях, производстве товаров для спорта.
Резины	Натуральные и синтетические резины. Изделия из резины используются для производства шин, медицинских товаров, сантехники, автозапчастей.
Выбор конкретного материала определяется требованиями к прочности, эластичности, долговечности, устойчивости к химическим веществам. Это важно для достижения оптимальных характеристик готового изделия и снижения затрат на производство.