Основные виды пресс-форм: как правильно выбрать

О чем речь? Виды пресс-форм систематизируют по ключевым конструктивным и технологическим признакам. Так, по принципу действия они делятся на прямые и литьевые прессования, где последние доминируют в массовом производстве сложных изделий.

Что еще? Другой важный критерий – конструкция литниковой системы: экономичные, но создающие отходы холодноканальные системы противопоставляются более сложным и дорогим горячеканальным, которые минимизируют потери материала. Но и это еще не все…

Что собой представляет пресс-форма

Пресс-форма представляет собой инженерную конструкцию, предназначенную для придания формы изделиям в процессе литья под давлением, а также прессования полимерных композитов и металлов.

Параметры конструкции и геометрии определяют окончательные характеристики производимого изделия: его форму, фактуру поверхности, шероховатость, плотность и прочность. Использование определенных видов пресс-форм обеспечивает серийное производство одинаковых пластиковых изделий.

Для производства изделий методом прессования требуется, чтобы используемый материал обладал способностью переходить в вязкотекучее состояние при нагревании до высоких температур. Это необходимо, чтобы он мог полностью заполнить замкнутую полость формы.

После охлаждения материал должен сохранять заданную форму. В качестве исходного сырья, отвечающего этим требованиям, применяются полимерные композиты (реактопласты или термопласты) либо металлы.

Литье под давлением и прессование в пресс-формах позволяют создавать тонкостенные изделия внушительной массы. Данные технологии гарантируют производство деталей с разнообразными конструктивными элементами: от элементов сложной конфигурации с резьбовыми соединениями (внешними и внутренними) до продукции с отверстиями, ребрами жесткости и внутренней арматурой.

Пресс-форма характеризуется сложным строением, включающим множество взаимосвязанных узлов. Все эти узлы можно разделить на две категории:

Формообразующие элементы

Данная категория включает составные части пресс-формы, которые непосредственно контактируют с сырьем во время процесса литья  и формируют окончательный вид изделия. К ним относятся:

К ним относятся:

• Матрица и пуансон определяет форму будущего изделия.
• Шибера и лифтеры создают углубления и поднутрения на изделии.
• Резьбовые знаки формируют резьбу на изделии.

Конструктивные элементы

Они не контактируют с обрабатываемым материалом, но обеспечивают корректную работу деталей технического назначения. Конструктивные элементы выполняют функции закрытия/открытия пресс-формы, фиксации в заданном положении и соединения с узлом замыкания.

Читайте также!

Пресс-форма: от устройства до изготовления

Подробнее

К ним относятся:

• Направляющие колонны, втулки и выталкиватели обеспечивают точное позиционирование.
• Фиксаторы и опорные планки обеспечивают надежную фиксацию деталей в нужном положении.
• Система охлаждения и нагрева поддерживает стабильную температуру для эффективной работы механизма.

Виды пресс-форм

Существует множество видов пресс-форм. Их классификация производится по следующим критериям.

Классификация пресс-форм по принципу действия

• Пресс-формы прямого прессования. Используются для производства изделий простой формы в небольших количествах. Матрица крепится на неподвижной плите, а пуансон – на подвижной. Материал помещается в матрицу, и пуансон с силой уплотняет его, заполняя форму. После охлаждения изделие извлекается. Этот метод используется для изготовления единичных или малосерийных продуктов.
• Пресс-формы литьевого прессования. Предназначены для изготовления крупных партий изделий сложной конфигурации. Форма закрыта, расплав заливается внутрь, где и застывает. После охлаждения с помощью выталкивателей изделие извлекается из пресс-формы.

Классификация пресс-форм по способу установки

Стационарные виды пресс-формы являются самыми распространенными. Их монтаж осуществляется на плите агрегата, и они остаются на месте на протяжении всего производственного цикла. Извлечение готовых изделий производится без демонтажа формы.

Съемные формы могут быть удалены с плиты для извлечения продукции и повторно установлены перед началом следующего цикла производства.

Классификация пресс-форм по количеству изделий за один технологический цикл

Формы для производства отливок и отпрессовок делятся на два типа: одногнездные и многогнездные.

• Одногнездные формы служат для производства единичного изделия за один цикл формовки. Они используются как в термопластическом формовании (TPA), так и в прессовании. Данный тип форм оптимален для изготовления крупногабаритных изделий или деталей с сложной геометрией.
• Многогнездные пресс-формы бывают двух видов: предназначенные для изготовления одинаковых изделий или нескольких разновидностей с фиксированным объемом продукции за один цикл прессования.

Пресс-формы для массового производства однотипных изделий характеризуются наивысшей экономической эффективностью и окупаемостью, что обуславливает их широкое применение. Они могут быть оснащены как холодными, так и горячими каналами для подачи расплава.

Читайте также!

АБС-пластик или полипропилен: что лучше?

Подробнее

Многогнездные пресс-формы, предназначенные для изготовления разнотипных изделий, обладают более сложной конструкцией и, соответственно, повышенной стоимостью, что ограничивает их использование.

Классификация пресс-форм по типу выталкивающих систем

Пресс-формы могут быть оснащены стержневыми (цилиндрическими), плитными или вкладышевыми системами съема изделия. Однако существуют также пресс-формы без нее. 

Стержневые толкатели, которые осуществляют точечное давление на готовое изделие до его полного извлечения из формы, являются наиболее распространенным типом. Принцип работы вкладышей аналогичен. Они также оказывают давление на изделие для его изъятия из пресс-формы.

Классификация пресс-форм по типу литников

При производстве изделий сложной конфигурации или крупногабаритных тонкостенных деталей часто применяется технология многоточечного впрыска с использованием горячеканальных литников. Материал нагревается до вязкотекучего состояния на протяжении всего цикла формовки.

Система предварительно разогревается, благодаря чему литник расплавляется и не требует удаления. Это экономит сырье, которое обычно отправляется на вторичную переработку, и позволяет использовать оборудование с меньшим объемом впрыска.

• Горячеканальная система литников сложная и дорогая. Ее эксплуатация требует огромных энергетических затрат и постоянного охлаждения. При этом нетермостойкие полимеры рискуют перегреться в горячих каналах.
• Холодноканальная система надежная, простая в обслуживании и доступная по цене. Однако при использовании таких систем неизбежно появление ненужных литников после завершения цикла производства. Их удаление требует участия оператора, а первоначальный расход сырья включает в себя материал, используемый для изготовления литников. Для переработки литников применяются дробилки и грануляторы с целью получения вторичного сырья.

Существуют виды пресс-форм, оснащенные системами автоматического отделения литников. В конструкции таких форм предусмотрен механизм, обеспечивающий отрыв литников от отливки. Это исключает необходимость ручной обработки изделий, однако не уменьшает расход материала на изготовление литников.

Данные формы обладают трехплитной конструкцией: с двумя плоскостями разъема для формирования изделия и литника. Разъединение происходит в двух плоскостях, что позволяет осуществить одновременное извлечение готового изделия и удаление литника.

Классификация пресс-форм по количеству циклов смыкания

Это значение напрямую определяет срок службы конструкции. Пресс-формы с малым количеством смыканий (до 10 000) используются для производства пробных партий или при налаженном производстве продукции под конкретного заказчика, когда заранее известно требуемое количество отливок.

Если объем производства увеличивается, нужна новая пресс-форма с большим ресурсом. Такие формы изготавливаются из предзакаленной стали с твердостью менее 30 HRC.

Формы с ресурсом до 300 000 смыканий являются наиболее востребованными. Они гарантируют высокое качество продукции при производстве средних и крупных партий. Изготовленные из стали с твердостью 36…42 HRC эти виды пресс-формы обладают достаточным ресурсом и подлежат капитальному ремонту, что позволяет продлить их срок службы.

Формам с ресурсом более 150 000 смыканий стоит отдавать предпочтение при массовом производстве деталей. Они представляют собой значительные инвестиции, но окупаются за счет полного восстановления ресурса посредством капитального ремонта.

Для изготовления таких форм используется термически обработанная сталь с твердостью более 50 HRC, а в некоторых случаях дополнительно проводится поверхностное упрочнение.

Классификация пресс-форм по степени участия оператора

Выделяют ручные, полуавтоматические и автоматические. Самый простой вид – ручные пресс-формы, требующие прямого участия оператора в каждом цикле производства. Они характеризуются низкой стабильностью параметров процесса, что обуславливает их применение преимущественно для изготовления опытных образцов и небольших партий изделий.

При эксплуатации ручных пресс-форм используются закладные знаки для точного позиционирования деталей.

Полуавтоматические пресс-формы – это удобный и надежный инструмент для производства деталей с высокой точностью. Они идеально подходят для изготовления небольших и средних партий изделий, позволяя оператору контролировать процесс.

Автоматические пресс-формы демонстрируют максимальную производительность, обеспечивая стабильное качество продукции независимо от человеческого фактора. Полная автоматизация процесса делает их незаменимыми для крупносерийного и массового производства.

Классификация пресс-форм по системе обогрева

В качестве источников тепла пресс-форм используются водяные, паровые, газовые или электрические нагреватели.

Наиболее распространенная система обогрева для литьевых пресс-форм при производстве изделий из термопластов – паровой нагрев с последующим охлаждением водой. Теплоноситель циркулирует по сквозным отверстиям в форме. Тип движения теплоносителя (параллельный, последовательный или смешанный) определяется структурой внутренних каналов.

При производстве изделий из реактопластов преобладают пресс-формы с газовым или электрическим обогревом. В качестве нагревательных элементов используются трубчатые электронагреватели, которые могут быть патронными, спиральными, плоскими или гибкими.

Патронные ТЭНы обладают наибольшей мощностью, способны нагреваться до 500 °C при максимальной удельной мощности 50 Вт/см² и оснащены встроенной термопарой для контроля температуры.

Классификация пресс-форм по методу охлаждения

Процесс охлаждения отливок определяет длительность всего технологического цикла. Недостаточно эффективное охлаждение может привести к деформации отливки (коробление) и, как следствие, к ее браку.

Система охлаждения, состоящая из взаимосвязанных каналов, обеспечивает циркуляцию хладагента. Она отвечает за поддержание оптимальной температуры в цилиндре ТПА и последующее охлаждение деталей после завершения производственного цикла.

Наиболее распространенный вид охлаждения пресс-форм – водяная система. Вода циркулирует по каналам внутри формы, обеспечивая равномерное снижение температуры отливки. Каналы сечением 10-12 мм располагаются в подвижной и неподвижной плите. Их форма может быть различной: радиальной, криволинейной, прямолинейной, пересекающейся или ступенчатой.

Количество каналов зависит от размеров и конфигурации отливки, требуемой интенсивности охлаждения и массы заливаемого расплава. Подвод воды осуществляется через резиновые шланги, подключенные к штуцерным соединениям.

Как выбрать пресс-форму

Основными критериями выбора пресс-формы являются тип обрабатываемого материала, требования к геометрической точности и сложности конфигурации изделия, а также доступный бюджет. Для массового производства однородных изделий подойдут многогнездные  формы. Они обеспечивают высокую производительность и точность изготовления, однако сопряжены с существенными затратами на изготовление.

При необходимости изготовления небольших серий изделий с нетипичными конфигурациями целесообразно применение одногнездных  пресс-форм упрощенной конструкции. Несмотря на меньшую стоимость по сравнению с более сложными вариантами, производительность таких форм ограничена, а также они требуют регулярного контроля состояния и проведения профилактических работ.

Выбор пресс-формы зависит не только от ее стоимости, но и от расходов на эксплуатацию и обслуживание. Формы для литья под давлением требуют постоянного контроля и обслуживания.

К примеру, изделия крупных размеров (автомобильные компоненты или детали машиностроительного оборудования) лучше изготавливать с применением форм для литья под давлением, обеспечивающих высокую прочность и точность готовых изделий.

Часто задаваемые вопросы о видах пресс-форм

Возможно ли использование одной пресс-формы для различных материалов?

В ряде случаев применение одной пресс-формы для разных материалов допустимо, однако с определенными оговорками:

• Сходство свойств материалов (текучесть и температура переработки).
• Совместимость с расплавом. Пресс-форма должна выдерживать агрессивное воздействие расплава.
• Корректировка параметров формования (давление и охлаждение).

Для минимизации рисков настоятельно рекомендуется проконсультироваться с конструктором.

На какие объемы производства рассчитаны пресс-формы?

Ресурс форм напрямую зависит от объема производства. Существуют разные виды пресс-форм, оптимизированные под конкретные задачи:

• Для опытных партий (до 10 000 циклов литья).
• Для среднего объема производства (до 300 000 циклов).
• Для серийного производства (свыше 300 000 циклов, вплоть до сотен тысяч).

Ресурс пресс-формы зависит от используемых материалов и технологии изготовления.

Как извлекаются детали из пресс-формы?

Извлечение готовых отливок из пресс-формы осуществляется с помощью толкателей , работа которых обеспечивается приводами термопластавтоматов или внешними гидравлическими, пневматическими либо электрическими приводами.

Наиболее распространены цилиндрические, трубчатые или плитные толкатели с механическим или комбинированным приводом. Изделия с резьбой извлекаются посредством резьбовых знаков путем автоматического вывинчивания. В пресс-формах сложной конструкции могут применяться многоступенчатые нестандартные толкатели или роботы. В некоторых случаях извлечение готовых деталей возможно исключительно вручную.

Выбор типа пресс-формы, учитывающий характеристики материала, сложность изделия, объем производства и экономические факторы, имеет решающее значение для качества продукции, эффективности технологического процесса и рентабельности производства.

Источник изображения в шапке: standret / freepik.com