Литьё пластмасс под давлением — точный производственный процесс, при котором пластики впрыскиваются в заранее разогретую форму. В процессе того, как изделие остывает и затвердевает, ее вынимают из формы для нанесения завершающих штрихов. Дизайн оснастки и пресс-формы — важный аспект литья под давлением.
Проектирование пресс-форм вместе с различными задействованными инструментами — очень сложный процесс, требующий высокого уровня технических знаний. Кроме того, этот процесс требует инженерного ноу-хау для производства пластмассовых изделий с точными размерами и конструктивными особенностями.
Инженеры по оснастке и проектировщики пресс-форм должны выполнить точные расчеты размеров ворот (для получения надлежащего заполнения) и использовать лучшие методы, обеспечивающие долговечность инструмента.
Кроме того, важно тщательно спроектировать систему направляющих и ворот, чтобы добиться равномерного распределения пластмассы через форму. Также важно продумать правильное размещение охлаждающих каналов вдоль стенок формы, чтобы создать однородный продукт и устранить дефекты, которые являются обычными при литье пластмасс под давлением.
Сложные пластиковые детали требуют сложной конструкции пресс-форм. Для этого в форму надо добавлять различные компоненты. Сюда могут входить такие элементы, как вращающиеся устройства, гидроцилиндры, мультиформные направляющие, плавающие пластины и т. д.
Проектирование пресс-форм
Форма является наиболее важной частью процесса литья пластмасс под давлением. Дизайн инструментов и пресс-форм определяет успех всего проекта.
Формы состоят из 2-х основных частей: сердечника и полости. «Частичная полость» — это пространство или пустота, в которую впрыскиваются пластмассы. Различные производственные требования используют «многогнездные» или семейные формы для создания нескольких идентичных деталей или различных компонентов пластмассовой детали за один раз.
Ниже приведены ключевые компоненты, используемые при проектировании пресс-форм:
Ворота.
Бегуны — это каналы, по которым течет расплавленный пластик. Затворы, как следует из названия, представляют собой отверстия на концах направляющих каналов, через которые полимер попадает в полость формы.
Различные типы ворот разрабатываются в зависимости от различных требований. Однако ключевыми факторами, определяющими тип, размер, форму и расположение заслонки, являются время охлаждения, допуск, давление заполнения и оптимальные условия потока. Кроме того, затворы необходимо тщательно размещать, чтобы избежать таких дефектов, как следы течения, деформация и усадка.
Угол уклона.
После того, как пластик успешно впрыснут в полость формы и затвердеет, следующим шагом будет удаление продукта из формы без повреждения детали. Для этого используется угол уклона (конус) к стенкам формы.
Разработчикам пресс-форм необходимо тщательно оценивать угол наклона, учитывая факторы, такие как конструкция и сложность детали, пластик, глубина полости, текстура, усадка и т. д.
Углы уклона от 1 до 5 градусов в зависимости от детали. Чем глубже полость формы, тем больше угол наклона, необходимый для извлечения готовой детали.
Чистота поверхности.
Обработка поверхности — важный аспект дизайна детали. Инструменты и конструкция пресс-формы определяют важную роль в определении качества поверхности.
Обработка поверхности также зависит от таких факторов, как охлаждение пресс-формы, охлаждение детали и общий контроль температуры. Различные пластмассы требуют разной температуры формы и времени охлаждения для получения желаемой отделки.
Кроме того, дизайнеры часто добавляют узоры и текстуры на поверхность формы для достижения желаемого конечного результата. Например, вместо того, чтобы работать над добавлением символа на выброшенную пластиковую деталь, дизайнеры часто включают его в конструкцию пресс-формы.
При этом текстуры нужны не только для включения дизайна, логотипов и символов. Они также необходимы для функциональных целей, таких как улучшение захвата пластиковой ручки и т. д. Различные текстуры, такие как матовая, зернистая, глянцевая, с рисунком и т. д., входят в состав инструментов и дизайна пресс-форм.
Выбор материалов для пресс-форм.
Формы изготавливаются из таких металлов, как сталь и алюминий. Для литья пластмасс под давлением традиционно использовались алюминиевые формы. Однако сталь быстро стала предпочтительным вариантом для литьевых машин.
Хотя правда, что сталь дороже алюминия и других металлов, ее высокая прочность и долговечность очень желательны в отрасли и более чем компенсируют ее высокую стоимость.
Сталь используется в закаленной (термообработанной) или предварительно закаленной форме. Закаленная сталь, как следует из названия, превосходит по прочности и имеет более высокую износостойкость.
При выборе стали важно учитывать ее физические свойства, такие как твердость и хрупкость. Чем тверже сталь, тем она хрупче. В то время как твердая сталь отлично подходит для стеклонаполненных полимеров, которые могут изнашивать компоненты инструмента, она часто не является хорошим выбором для компонентов пресс-формы, подвергаются боковой нагрузке (поскольку она может легко треснуть).
Нет двух мнений о преимуществах стали как материала для изготовления пресс-форм.
Однако у алюминия тоже есть свои преимущества, которые необходимы в определенных сценариях. Его способность к быстрому охлаждению делает его отличным инструментальным материалом. Кроме того, будучи более мягким металлом, его легче обрабатывать и следовательно, быстрее создавать формы (тем самым сокращая время производственного цикла).
Из-за его рентабельности, более быстрых производственных циклов, короткого времени охлаждения и т. д. Алюминий часто является предпочтительным материалом для прототипов и небольших тиражей.
Наконец, гибридные формы (сделанные из стали, а в некоторых случаях из алюминия) также используются в индустрии литья пластмасс под давлением. Также используются медные сплавы, хотя и не так часто.
Другие варианты включают покрытие стальных и алюминиевых форм такими материалами, как никель-бор или никель-тефлон, для повышения долговечности и улучшения инструментов и функций конструкции пресс-форм.
Шаги, связанные с оснасткой.
Проектирование оснастки и пресс-форм — это сложный процесс, сочетающий в себе навыки различных экспертов, таких как инженеры по инструментам, конструкторы пресс-форм, инженеры по материалам, эксперты по производству, эксперты по проверке качества, лаборанты и т. д.
Ниже приведены ключевые этапы создания инструментов:
Осуществимость.
Это этап, на котором команда разработчиков и разработчиков инструментов работает вместе, чтобы определить материалы пресс-формы, такие как функциональность, технические характеристики продукта, эксплуатационные проблемы, необходимость в усовершенствованиях и т. д.
Этап технико-экономического обоснования включает рассмотрение любых потенциальных проблем, возможно могут возникнуть в результате геометрии проекта. Кроме того, на этом этапе рассматриваются такие аспекты, как специальные инструменты и требования к конструкции пресс-формы.
Кроме того, инженерные группы работают вместе, чтобы понять физические и химические свойства выбранных пластиков, чтобы выбрать материал для пресс-формы и проанализировать такие аспекты, как конструкция пресс-формы, оценка потока в пресс-форме, расположение ворот и условия охлаждения.
Наконец, дорабатываются спецификации инструментов для закупки необходимых компонентов.
Дизайн.
Конструкции создаются в 2D и 3D, чтобы дать точное представление о геометрии и размерах пресс-формы. Окончательные проекты создаются после рассмотрения и утверждения предварительных проектов.
Окончательный дизайн создается с помощью конструктора инструментов. Технические характеристики вводятся в конструктор инструмента для создания пресс-формы после окончательной настройки.
Создание основных и дополнительных инструментов.
Чертежи инструментов подготавливаются вместе с обзором строительных норм. После проверки чертежей на всех инженерных уровнях и подачи спецификаций в конструктор инструмента его ход выполнения тщательно проверяется до завершения изготовления пресс-формы. Готовые формы затем проверяются на предмет окончательного утверждения.
Использование инструмента для подготовки образцов.
После того, как процесс формования и параметры установлены, производятся исходные образцы. Они подготовлены с использованием определенных методов формования. Затем образцы деталей отправляются для окончательной проверки и квалификации.
Окончательные исправления инструмента.
После осмотра изготовленного образца можно порекомендовать новые настройки инструментов. Если образцы одобрены, конструкция инструмента проверяется и документируется для использования в будущем производстве. Пластиковые детали создаются с помощью этих инструментов и передаются заказчику на утверждение до начала окончательного крупномасштабного производственного процесса.