Производительность литьевой формы зависит не только от окончательной сборки формы. Каждый компонент — от вставок сердечника и полости до охлаждающих каналов, системы направляющих и механизма выталкивателя — должен быть изготовлен с использованием правильного материала, с соблюдением допусков, обработки поверхности и выравнивания. Небольшая ошибка в одном компоненте может привести к заусенцам, короблению, плохому внешнему виду поверхности, короткому сроку службы формы или повторным испытаниям формы.
Для американских производителей и разработчиков продукции понимание процесса изготовления деталей для литьевых форм может значительно облегчить анализ конструкции, выбор поставщиков и оценку стоимости оснастки. В следующем руководстве объясняется, как производятся ключевые компоненты литьевых форм и какие факторы влияют на их надежность.
Компоненты сердцевины и полостей: от стального блока до прецизионных половин пресс-формы
Сердечник и полость являются основными компонентами формы, которые создают окончательную форму пластиковой детали. Их изготовление обычно начинается со стального блока, выбранного в соответствии с ожидаемым объемом производства, пластиковым материалом, требованиями к поверхности и планом технического обслуживания.
Обычные стали для форм включают P20 для инструментов общего назначения, H13 для высокотемпературных или сильно изнашиваемых применений и нержавеющую сталь для форм S136, когда требуется коррозионная стойкость и высококачественная полировка. Стальной блок сначала подвергается черновой обработке для удаления лишнего материала и создания опорных поверхностей. Затем при фрезеровании с ЧПУ создается основная трехмерная геометрия, включая ребра, бобышки, ступеньки и элементы разъема.
Когда конструкция содержит глубокие полости, острые углы, узкие пазы или секции из закаленной стали, электроэрозионная обработка становится важной частью процесса. Электроэрозионный станок с синкером позволяет формировать детали, которые трудно разрезать обычными инструментами, тогда как проволочный электроэрозионный станок обычно используется для точных сквозных элементов, вставок, запорных элементов и сложных профилей. После этого используется шлифование для улучшения плоскостности, параллельности и точности размеров.
Термическая обработка может проводиться до или после определенных стадий обработки, в зависимости от марки стали и стратегии оснастки. Закаленные компоненты часто требуют чистового фрезерования, электроэрозионной обработки и прецизионного шлифования после термообработки, поскольку во время процесса сталь может слегка деформироваться.
Обработка поверхности также влияет как на внешний вид, так и на выпуск детали. Полировка позволяет получить глянцевую поверхность, а химическое текстурирование создает контролируемый зернистый или матовый вид. Такие обработки, как азотирование, твердое хромирование и DLC-покрытие, могут рассматриваться для обеспечения износостойкости, защиты от коррозии или облегчения извлечения из формы. Правильный выбор зависит от смолы, объема производства, температуры формы и требуемой косметической отделки.
На этом этапе важное значение имеет проектирование технологичности. Адекватные углы уклона снижают риск задиров во время выброса. Равномерная толщина стенок помогает уменьшить усадку и коробление, а для подрезов могут потребоваться направляющие, подъемники, складные стержни или отдельно обработанные вставки. Эти проектные решения напрямую влияют на время обработки, сложность пресс-формы, затраты на техническое обслуживание и количество необходимых испытаний пресс-формы.
Основание пресс-формы, пластины и направляющие элементы: конструкция, выравнивание и изготовление
Основание формы поддерживает стержень и полость и обеспечивает структуру, необходимую для зажима, направления, охлаждения и выталкивания. Обычно он включает в себя пластину A, пластину B, опорную пластину, зажимные пластины, выталкивающие пластины, распорные блоки, направляющие стойки и направляющие втулки.
Стандартные пресс-формы от таких поставщиков, как DME и HASCO, могут сократить время выполнения заказа и упростить замену стандартных компонентов. Основание пресс-формы по индивидуальному заказу может быть выбрано, когда форма имеет необычные размеры, сложную систему направляющих, большие вставки, особые требования к охлаждению или нестандартную компоновку литьевой машины.
Изготовление начинается с распиловки, фрезерования и шлифовки пластин для установления точной толщины и параллельности. Координатное растачивание или обработка на станке с ЧПУ затем используется для изготовления карманов под пластины, отверстий направляющих стоек, отверстий для выталкивателей и других эталонных элементов. Проволочная электроэрозионная обработка может использоваться, когда требуется особенно точный профиль или закаленный компонент.
Правильное ведение имеет важное значение для защиты линии разъема и поддержания постоянного выравнивания. Отверстия направляющей стойки и направляющей втулки должны быть обработаны по надежным базовым поверхностям, тщательно проверены их положение, перпендикулярность и посадка. В зависимости от конструкции формы в направляющей системе может использоваться плотная скользящая посадка, система с предварительным натягом или стандартный допуск, установленный производителем, а не одна универсальная посадка для каждой формы.
Во время сборки технические специалисты проверяют параллельность пластины, перемещение направляющей, посадку вставки и соотношение между сердечником и полостью. Проверка контактов воронением или суриком может выявить неполный контакт на разделительной поверхности. Для проверки выравнивания также можно использовать циферблатные индикаторы, измерители высоты, оборудование КИМ и системы оптического контроля.
Изнашиваемые компоненты следует проверять в соответствии с условиями производства, а не заменять только по календарной дате. На практике направляющие втулки могут подвергаться детальной проверке примерно через 100 000 циклов формования, тогда как при высоких нагрузках или при работе с абразивом могут потребоваться более ранние проверки. Смазка, удаление загрязнений и проверка на предмет ослабления зачастую более важны, чем фиксированный интервал замены.
Компоненты системы желобов, ворот и стояков: изготовление и оптимизация пути потока
Система направляющих и литников контролирует движение расплавленного пластика от сопла литьевой машины в полость формы. Его компоненты включают в себя литниковую втулку, направляющие, литники, коллектор с горячими литниками и наконечники с горячими соплами.
Литниковая втулка обычно изготавливается путем точения внешнего профиля, сверления центрального канала и шлифования или полировки внутреннего конуса. Площадь контакта сопла должна правильно совпадать с соплом литьевой машины, чтобы предотвратить утечку и потерю давления.
Холодные каналы обычно врезаются в пластины или вставки пресс-формы с помощью фрезерования на станке с ЧПУ. Если бегун содержит сложные пересечения, резкие переходы или детали из закаленной стали, можно использовать электроэрозионную обработку с грузилом. Штыревые ворота, подводные ворота и другие небольшие элементы ворот могут быть изготовлены с использованием прецизионного фрезерования, сверления, электроэрозионной или проволочной электроэрозионной обработки, в зависимости от их геометрии и требований к допускам.
Горячеканальные системы требуют дополнительных работ по изготовлению и сборке. Коллектор должен содержать точно обработанные каналы для потока, карманы для нагревателей, места для размещения термопар и элементы уплотнения. В компонентах горячего сопла могут использоваться такие материалы, как H13 или SKD61, поскольку они должны выдерживать повышенные температуры, давление и повторяющиеся термические циклы. Змеевики нагревателя, изоляция, датчики и наконечники форсунок должны быть установлены в правильном положении для поддержания стабильного контроля температуры.
Обработка поверхности рабочего колеса влияет на сопротивление потоку, время пребывания и эффективность смены материала. Более гладкий путь потока может уменьшить зависание материала, но идеальная отделка не всегда является зеркальной полировкой. При проектировании следует учитывать смолу, содержание наполнителя, размер литника, чувствительность к сдвигу и косметические требования.
Для производителей, использующих различные цвета или конструкционные материалы, ремонтопригодность является важным фактором при проектировании. Сменные вставки литника, доступные компоненты коллектора, съемные горячие наконечники и минимизированные мертвые зоны могут ускорить смену цвета и смену материала. Эти функции могут увеличить начальную стоимость оснастки, но могут сократить время простоя и затраты на очистку в течение срока службы формы.
Эжекторный механизм, вентиляция и линия разъема: детализация и распалубка
Система эжектора удаляет отформованную деталь из стержня после открытия формы. Типичные компоненты включают в себя выталкивающие штифты, выталкивающие втулки, выбрасывающие пластины, возвратные штифты, пружины и направляющие элементы.
Отверстия эжектора должны быть точно обработаны и совмещены с пластиной эжектора. В зависимости от конструкции формы и состояния материала можно использовать сверление, развертывание, шлифование или электроэрозионную обработку на станке с ЧПУ. Соотношение штифт-отверстие должно обеспечивать плавное движение без чрезмерного зазора, который может привести к образованию пластикового заусенца. В некоторых конструкциях инструментов можно использовать специальную посадку, например H7/g6, но окончательную посадку следует выбирать в зависимости от диаметра штифта, стали литейной формы, рабочей температуры, смазки и требуемых условий уплотнения.
Выталкивающие пластины должны двигаться равномерно и полностью вернуться в исходное положение, прежде чем форма закроется. Направляющие стойки и втулки пластины выталкивателя помогают предотвратить заедание, а возвратные штифты защищают форму от закрытия при смещении системы выталкивателя. Обработка поверхности, такая как азотирование или PVD-покрытие, может продлить срок службы выталкивающих штифтов при абразивных или многоцикловых операциях.
Вентиляция не менее важна. Небольшие вентиляционные канавки позволяют захваченному воздуху и газам выходить по мере заполнения полости. Глубина вентиляционного отверстия зависит от смолы, но общий начальный диапазон для некоторых термопластов составляет примерно 0,02–0,05 мм. Окончательное значение должно быть проверено, поскольку чрезмерная глубина может вызвать блики, а недостаточная глубина может привести к ожогам, прострелам, слабости линий сварного шва или проблемам с заполнением.
Поверхность разъема обычно фрезеруется, а затем тщательно подгоняется или шлифуется. Проверка на наличие сурика или воронения помогает убедиться в правильности контакта сердечника и полости вокруг участков уплотнения. Выталкивающие штифты следует регулярно очищать и проверять, при этом детальная проверка часто назначается примерно через 50 000 циклов в качестве эталона для стандартных производственных форм. Абразивные материалы, плохая смазка или высокие температуры пресс-формы могут потребовать более коротких интервалов.
Компоненты системы охлаждения: сверление, перегородки и изготовление конформного охлаждения
Система охлаждения напрямую влияет на время цикла, стабильность размеров, качество поверхности и коробление. Традиционные охлаждающие каналы обычно изготавливаются путем сверления прямых проходов через плиты или вставки пресс-формы. Затем для создания законченных контуров используются глубокое сверление, сверление под углом, заглушки, канавки для уплотнительных колец и резьбовые соединения для воды.
Перегородки и барботеры увеличивают площадь охлаждения в глубоких сердцевинах или узких секциях. Эти компоненты могут быть обработаны отдельно и установлены внутри просверленных каналов. Водосборники, заглушки, уплотнения и разъемы должны быть спроектированы так, чтобы их можно было надежно обслуживать, поскольку утечки внутри формы могут повредить сталь, датчики и электрические компоненты.
Схемы каналов охлаждения должны разрабатываться с учетом геометрии детали, толщины стенок, смолы, ожидаемого времени цикла и анализа текучести пресс-формы. Каналы, расположенные слишком далеко от формовочной поверхности, могут обеспечить недостаточное охлаждение, тогда как каналы, расположенные слишком близко, могут ослабить вставку или создать неравномерное распределение температуры.
При конформном охлаждении используются каналы, которые повторяют форму отлитой детали более точно, чем это позволяет обычное прямое сверление. Распространенным подходом является изготовление охлаждающей вставки с использованием аддитивного производства металлов, такого как лазерная сварка в порошковом слое. Материалы, включая мартенситностареющую сталь и другие сплавы для формования, могут быть выбраны в зависимости от прочности, коррозионной стойкости и требований к термообработке.
После аддитивного производства вставка обычно требует термообработки, удаления опоры, механической обработки опорных поверхностей, проверки герметичности, а иногда и полировки или нанесения покрытия. Конформное охлаждение может оказаться полезным для глубоких ребер, изогнутых поверхностей, тонких стенок и деталей с серьезным риском коробления. Однако не для каждого проекта это может быть экономически выгодно. Прежде чем выбирать этот метод, следует оценить ожидаемое сокращение времени цикла, объем оснастки, стоимость детали и требования к техническому обслуживанию.
Каналы охлаждения также требуют обслуживания. Качество воды, коррозия и минеральные отложения могут постепенно снижать эффективность теплопередачи. Проверка очистки каждые 10 000 циклов может использоваться в качестве отправной точки для сложных производственных условий, хотя фактическое время зависит от очистки воды и условий эксплуатации.
От изготовления компонентов пресс-формы до надежного производственного инструмента
Успешная литьевая пресс-форма — это результат скоординированных решений по выбору материала, механической обработке, термообработке, отделке поверхности, сборке и проверке. В IMTEC Mould каждый проект может быть рассмотрен как с точки зрения производства, так и с точки зрения производства, чтобы помочь сократить ненужные испытания пресс-формы, избежать поздних изменений в конструкции и повысить уверенность в доставке.
Если вы разрабатываете новый пластиковый компонент или вам нужна помощь с существующей конструкцией пресс-формы, свяжитесь с IMTEC Mold для консультации по инструментам. Наша команда может проверить конструкцию сердечника и полостей, стратегию охлаждения, выталкивание, конструкцию литников, выбор стали и критические допуски до начала изготовления.
Обсудите свой проект литьевой формы с IMTEC Mold
Часто задаваемые вопросы
Как изготавливаются вставки для сердечника и полости при изготовлении литьевых форм?
Обычно они подвергаются черновой обработке из литейной стали с последующим фрезерованием на станке с ЧПУ, электроэрозионной проволокой, электроэрозионной обработкой, шлифованием, термообработкой и чистовой отделкой поверхности. Точная последовательность зависит от марки стали, геометрии, твердости и требуемого допуска.
В чем разница между деталями пресс-форм для горячеканальных и холодноканальных систем?
Компоненты холодных литников врезаются в плиты или вставки пресс-формы и затвердевают вместе с отформованной деталью. В компонентах горячеканальных систем используются нагреваемые коллекторы и сопла для поддержания расплава пластика, что требует дополнительных нагревателей, датчиков, уплотнений и функций контроля температуры.
Как часто следует проверять выталкивающие штифты и направляющие втулки?
Интервалы проверок зависят от количества циклов, абразивности смолы, температуры формы, смазки и условий эксплуатации. В общем, выталкивающие штифты могут подвергаться детальной проверке примерно через 50 000 циклов, а направляющие втулки — примерно через 100 000 циклов, но это не универсальные правила замены.
Какие поверхностные покрытия наносятся на детали литьевых форм?
Распространенные варианты включают азотирование, твердое хромирование, DLC и PVD-покрытия. Выбор подходящего покрытия зависит от износа, коррозии, полировки, типа смолы, содержания наполнителя и ожидаемого объема производства.
Как изготавливаются конформные каналы охлаждения?
Обычно они производятся внутри металлических вставок, изготовленных с использованием аддитивных технологий, с использованием лазерной плавки в порошковом слое. Вставки по-прежнему требуют термической обработки, механической обработки, проверки герметичности и интеграции в форму.
Какие этапы контроля качества используются при сборке пресс-формы?
Типичные проверки включают плоскостность пластины, параллельность, перемещение направляющей, посадку вставки, контакт линии разъема, движение выталкивателя, испытание давлением в водяном контуре, контроль размеров и пробное формование.
Как выбор инструментальной стали влияет на изготовление пресс-форм и срок службы?
Выбор стали влияет на обрабатываемость, твердость, эффективность полировки, коррозионную стойкость, износостойкость, деформацию при термообработке и требования к техническому обслуживанию. P20, H13, S136 и другие марки следует выбирать в соответствии с применением, а не только по цене.
