Полезная информация для клиентов

В этом разделе мы рассмотрим материалы, касающиеся производства пресс-форм и литья пластиковых изделий.

Производство пресс-форм

Производство пресс-форм — сложный технологический процесс, требующий высокой квалификации как инженерного состава, так и станочников и слесарей инструментальщиков.

На протяжении нашей 13 летней работы в области переработки пластмасс нами приобретен огромный опыт, который совмещает в себе как контроль за разработкой конструкторской документации и сопровождение в процессе изготовления оснастки, так и неоценимый опыт ввода в эксплуатацию, использования и ремонта созданных пресс-форм. Мы хотим рассказать непосредственно о самом процессе производства пресс-форм и его этапах.

Очень часто потенциальный заказчик задает вопрос: Сколько стоит пресс-форма на мою деталь? Чтобы ответить на данный вопрос необходимо иметь входные данные для оценки (чертеж, 3D модель, эскиз или хотя бы фотографии изделия, пресс-форму на которое Вы хотите получить), в противном случае ответить на этот вопрос корректно невозможно. Все равно, что ответить на вопрос: сколько стоит машина? Не уточнив ни марку, ни класс автомобиля.

Уделите некоторое время подготовке своего вопроса. Впоследствии такая подготовка сэкономит много времени и поможет реально оценить предполагаемые затраты:

  1. Если имеется прототип или аналог изделия, которое нужно повторить, не поленитесь сфотографировать его в разных ракурсах (не только наружную часть, но обязательно и внутреннюю) на фоне линейки или предмета, позволяющего определить в первом приближении габариты изделия. Особое внимание уделите поднутрениям детали и боковым элементам (отверстиям, например).
  2. Если нет прототипа или аналога, то необходимо подготовить что-либо  из нижеперечисленного:
    • эскиз детали;
    • чертеж детали;
    • трехмерную модель детали.

    Имея трехмерную модель, можно:

    • очень точно оценить стоимость изготовления пресс-формы;
    • точно оценить вес изделия и затраты на литье детали;
    • «покрутить» и осмотреть деталь со всех сторон, исправить выявленные недоработки;
    • собрать изделие из трехмерных деталей. Практически всегда при виртуальном сборе изделия из трехмерных деталей выявляются ошибки, которые без компьютерного анализа было бы выявить очень сложно;
    • вырастить прототип детали и убедиться в работоспособности всего изделия;
    • оценить проливаемость детали. По построенной модели можно легко оценить, прольется ли деталь при заданных параметрах (материал, температура, время цикла, количество мест в пресс-форме).

    Важно помнить, что идеальным вариантом является чертеж с допусками на деталь и 3D модель на эту деталь. Поясню, для чего эта связка необходима. Иногда на чертеже имеются допуска на деталь, которые физически невыполнимы в пластмассе. Как известно усадка материала имеет некоторый допуск и на особо точных деталях допуск на усадку материала более грубый, чем допуск на деталь. В других случаях бывает, что деталь из себя представляет какую-нибудь шайбу, по 3D модели оценили что можно сделать 30 гнезд, а потом на чертеже видим, что допуск на плоскостность такой, что холодноканальную пресс-форму с таким количеством гнезд невозможно сделать, чтобы обеспечить плоскостность на всех деталях. Поэтому, по возможности, старайтесь дать как можно более подробную информацию о нужной Вам детали, чтобы избежать потерь времени и нервных клеток в дальнейшем, когда будет идти процесс согласования сроков и цены на изготовление пресс-формы.

  3. После того как у Вас на руках появилась конкретная информация о детали, определитесь с объемами производства. Чем сложнее пресс-форма, тем производительнее она, и вместе с тем дороже. Но изготовление детали на такой оснастке обойдется дешевле. Подчас удорожание пресс-формы неоправданно из-за низкой потребности в деталях. Найти золотую середину в этом вопросе Вам поможет специалист нашей фирмы.
  4. И последний вопрос, на который желательно иметь ответ: материал, из которого будет изготавливаться ваша деталь. Если Вы затрудняетесь ответить на этот вопрос — смело обращайтесь к специалистам нашей фирмы.

    Перед началом изготовления пресс-формы, даже перед принятием решения о размещении заказа на ее изготовление, вполне целесообразно выполнить компьютерную модель будущей детали или изделия. Это желательно сделать по нескольким причинам.

    Вы сможете:

    • оценить дизайн изделия или детали на экране монитора. Повертеть, посмотреть на нее в разных плоскостях и представить себе «что же это будет»;
    • проверить собираемость всего изделия. Как правило, при сборке деталей на компьютере сразу видны просчеты конструирования, которые подчас невозможно выявить каким-либо иным способом;
    • смоделировать процесс литья. Вы сможете выяснить оптимальное место расположения впрыска; хватит ли технических характеристик термопластавтомата для «пролива» данной детали; подойдет ли заложенный материал для данного пластикового изделия;
    • вырастить прототип детали с характеристиками, близкими к характеристикам задуманного изделия. Прототип можно поместить под нагрузку, собрать в готовое изделие и т.п.;
    • убедиться в том, что компьютерная модель будет весьма кстати при генерации программы для обработки поверхности формообразующих деталей.

Основной проблемой при создании компьютерной модели является правильность ее построения, т.е. правильность примененных конструктором методов создания заданных геометрических форм. Одну и ту же геометрическую форму можно построить разными методами. Выглядеть такие детали на экране монитора будут совершенно одинаково, и выращенные по ним прототипы тоже будут идентичны. Но поскольку пластмасса дает усадку, металлическая формообразующая в пресс-форме отличается от самой детали. Конструктор модифицирует поверхность вашей детали и получает из нее поверхность формообразующих (матрицы или пуансона) в пресс-форме. Вот в этой модификации и кроется загвоздка. Если модель построена неправильно, то и модификация поверхности произойдет неправильно, и можно получить совсем не то, что задумывалось. По нашим данным, подобного рода ошибки делали КБ всех известных российских фирм, а в некоторых случаях уже готовые формы отправлялись на полку ржаветь, т.к. комплектные детали просто не собирались, хотя на компьютере все было идеально. Подобного рода проблема возникает из-за нелинейной усадки.

Следующим логическим шагом на пути изготовления пресс-формы для сложной детали или компонента изделия является построение прототипа.

Прототипирование

Прототипирование — этап (хотя и необязательный) изготовления пресс-формы. Нужен он, как правило, для новых разработок, когда нет аналогов или когда много деталей собираются в узел и необходимо проверить на технологическую собираемость. Компьютерный анализ сборки деталей не всегда позволяет оценить можно ли такой узел собрать (вполне возможно, что узел собирается в каком-либо замкнутом пространстве и необходимо оценить возможно ли это сделать руками или необходимы какие-либо приспособления для сборки или вообще собрать будет невозможно). Обнаружить невозможность сборки, когда вся оснастка готова – будет просто катастрофой. Также часто заказчик хочет еще до начала процесса производства пресс-форм подержать в руках будущий образец изделия (например, чтоб согласовать его с потребителем). Вот тут-то и нужен такой технологический процесс называемый прототипирование. Он позволяет по трехмерной детали сделать (буквально вырастить) образец в натуральную величину и с максимальной точностью.

На сегодняшний день существуют следующие основные способы выращивания моделей:

  1. Стереолитография.

    Некую емкость заполняют светочувствительной смолой. В результате воздействия лазера в массе смолы затвердевают только те участки, по которым прошелся лазерный луч. Остатки смолы сливаются, а вы получаете нужную деталь.

    Достоинством данного метода является его точность, т.е. вы можете получить достаточно точно проработанную деталь. Более того, данная модель довольно хорошо обрабатывается (например, шкуркой).

    Недостатком данного метода, прежде всего, является хрупкость самой детали-прототипа, по свойствам напоминающего ПСМ или «стекло».

  2. Послойное спекание порошка.

    Данный метод заключается именно в спекании порошкообразного материала в данной конкретной точке под воздействием лазерного луча. Основой такого материала могут служить: полистирол, АБС, полиамид, а так же некоторые порошки металлов.

    Достоинства метода:

    • изготовление прототипа больших размеров;
    • получение изделия со свойствами, близкими к реальным (т.е. вы можете функционально нагрузить свой прототип и посмотреть на его работу);
    • возможность выбрать материал прототипа.

    Недостатки данного метода:

    • плохая проработка мелких деталей на прототипе;
    • модель из полиамида и АБС (по нашему опыту) достаточно плохо обрабатывается, и, поскольку имеет пористую структуру, плохо красится (т.е. Вы ее покрасите, но потратите на это значительно больше краски, чем предполагали).
  3. ЛОМ – технология

    Модель разбивается на слои (впрочем, как и во всех других методах). После чего из тонкого картона послойно вырезаются нужные сечения и послойно склеиваются. Получается готовая модель. Достоинство только одно – это относительная дешевизна метода. Недостаток – это грубость выполнения модели и нежность детали (по сути получаем деталь а-ля папье-маше).

  4. Послойное выращивание

    В данном случае модель в буквальном смысле слова печатается на принтере со специальной струйной головкой, подающей расплавленный пластик. Достоинства данного метода очевидны: можно вырастить деталь очень точно (на сегодняшний момент точность таких принтеров 0,016мм), можно выбрать материал, деталь будет достаточно прочной, чтобы собирать её в узлы с другими деталями, короткое время выращивания детали.

С вопросом прототипирования разобрались, давайте рассмотрим проблемы при проектировании пресс-форм.

Проектирование пресс-формы

Проектирование пресс-формы достаточно сложный процесс и требует от конструктора не только чисто конструкторских знаний таких как: поля допусков, шероховатости, классы чистоты и так далее, но и знаний технологических. Хороший конструктор просто обязан знать, каким образом получают те или иные конструктивные элементы. В частной фирме он ещё должен думать и о стоимости изготавливаемой пресс-формы, то есть обосновывать выбор всех габаритов деталей, а также делать конструкцию пресс-формы технологичной. Грамотный конструктор должен понимать, что поставить два круглых выталкивателя дешевле, чем поставить один пластинчатый, также необходимо минимизировать электроэрозионную обработку из-за её дороговизны относительно фрезерных работ и применяться она должна только там, где без неё вообще нельзя обойтись. Опытный конструктор понимает как пресс-форма разбирается/собирается, кантуется. Отсутствие элементарных технологических отверстий под рым-болты может стать существенной проблемой при слесарной обработке и дальнейшей эксплуатации пресс-формы. При проектировании пресс-формы у конструктора как правило «замыливается» взгляд на своё детище, поэтому крайне важно, чтобы проект после завершения посмотрел кто-нибудь  ещё для выявления именно компоновочных ошибок. Важным этапом при проектировании является анализ «проливаемости» деталей. Раньше все сечения литников рассчитывались по формулам и, в принципе, весь выбор литниковой системы давался «на откуп» конструктору. На сегодняшний момент есть мощные программные продукты такие как MoldFlow, которые позволяют с высокой точностью смоделировать процесс литья в конкретной пресс-форме с учетом выбранного материала, литниковых каналов, расположения воздушных каналов и каналов охлаждения. Программа сама укажет на недостатки в пресс-форме (например, недостаточное сечение литниковых каналов, недостаточная толщина изделия), а также даст полную картину настроек ТПА. Очень может оказаться, что выбранный заказчиком ТПА не подойдёт для производства заказанной детали, лучше это узнать на этапе проектирования, а не на испытаниях готовой пресс-формы.

Хотелось бы резюмировать: к проектированию пресс-форм необходимо подходить более щепетильно – это поможет сэкономить много денег, времени и нервов при производстве и запуске оснастки. Лучше потратить больше времени на этапе проектирования и лишний раз перепроверить, чем переделывать готовую пресс-форму.

Когда проект пресс-формы готов следующим шагом идёт непосредственно изготовление, давайте рассмотрим вопросы, связанные с изготовлением пресс-форм.

Существует несколько способов сделать пресс-форму:

  1. Переделать из чего-либо 
  2. Изготовить ее полностью с нуля
  3. Собрать ее из готовых компонентов

Переделка пресс-форм встречается крайне редко, так как должно сложиться много факторов (детали старой и новой пресс-формы должны быть либо сильно похожи, либо отверстия под выталкиватели и каналы охлаждения в старой пресс-форме должны совпадать или по крайней мере не мешать новому изделию, сверлить охлаждение в закаленной формообразующей на много дороже нежели в заготовке).

Изготовление пресс-формы полностью подразумевает наличие большого количества оборудования и экономически не выгодно, так как единичное производство по рентабельности сильно проигрывает массовому. Попробуйте сделать один штуцер, он будет стоить в районе 300 рублей, а если массово производить штуцеры, то стоят они уже в районе 25 рублей, то же относится ко всем стандартным комплектующим (втулки, колонки, выталкиватели и так далее). Поэтому мы плавно подошли к третьему способу изготовления пресс-форм – это сборка из готовых компонентов. Сейчас весь мир работает именно таким образом, то есть все стандартные комплектующие пакета пресс-форм, включая плиты и все круглые детали, делаются на специализированных производствах, которые содержат большие склады готовой продукции. К сожалению таких производств в России нет. Даже те производства, такие как Фодеско и Евродеталь работают не на склад, а по предварительному заказу. Таким образом, на получение готового стандартного пакета на пресс-форму уходит месяц! Тот же месяц уходит, если заказать пакет за границей. Хорошо, если изготовление формообразующих занимает тот же месяц, то сроки по изготовлению пресс-формы из-за времени изготовления пакета не возникает, но бывают пресс-формы, формообразующие которых изготавливаются в течении двух недель и получается, что простая в принципе форма, которую те же турки сделают за 3 недели, в России будет делаться 5-6 недель. Правда такое бывает редко. Использование стандартных комплектующих приводит к независимости заказчика пресс-формы от её производителя. Если моя пресс-форма сделана из стандартных комплектующих и у меня, предположим, сломался выталкиватель, то я звоню на фирму, которая специализируется на изготовлении стандартных комплектующих и покупаю у них выталкиватель со склада, так как это часто используемые детали и такие вещи хранят на складе (даже у нас в России). В случае, если такого выталкивателя нет у одного изготовителя, то можно позвонить другому и купить у него, так как практически все стандартные изделия у разных производителей производятся по одному DIN стандарту. Преимущества использования стандартных деталей при производстве пресс-форм очевидны.

Наша компания специализируется на выпуске оснастки по европейским стандартам. Мы сотрудничаем с самым мощным на данный момент производством стандартных комплектующих в России Фодеско-Мак. При производстве формообразующих для пресс-форм используются только высококачественные стали фирмы Бёлер. Ранее мы пытались работать с более дешёвым металлом 4Х5МФС, но получив дважды после термообработки треснувшую заготовку, были вынуждены в аварийном порядке переделывать детали, чтобы не подвести заказчика по срокам. После таких проблем приняли решение работать с более дорогим, но более стабильным по качеству импортным металлом.