Что такое пресс-форма и зачем она нужна: Подробный обзор

Пресс-форма является ключевым элементом в процессах литья под давлением, прессования полимерных композиционных материалов и металлов. Она представляет собой формообразующий конструктивный элемент, определяющий форму, фактуру, шероховатость, плотность и прочность будущего изделия.

Для успешного изготовления продукции в пресс-форме, материал должен обладать способностью переходить в вязкотекучее состояние при нагревании до высоких температур. Это позволяет материалу полностью заполнить замкнутую формообразующую полость и сохранять заданную форму после охлаждения.

Типичная конструкция пресс-формы

Конструкция пресс-формы

Пресс-форма имеет сложную конструкцию и состоит из нескольких узлов. К основным элементам относятся:

• Матрица: Основной элемент, расположенный на неподвижной части пресс-формы. Может быть цельной или составной. Матрица и пуансон формируют внутреннюю полость, определяющую конфигурацию изделия.
• Пуансон: Основной элемент, расположенный на подвижной части пресс-формы. Он предназначен для передачи давления на материал и формирует внутреннюю часть детали. Профиль пуансона совпадает с профилем матрицы.
• Ползуны: Элементы, необходимые для формования сложных боковых поверхностей изделия. Их движение осуществляется перпендикулярно направлению смыкания формы.
• Закладные знаки: Съемные формообразующие детали, используемые для оформления поднутрений, карманов, гладких отверстий, пазов или симметричных сквозных окон.
• Литниковая система: Необходима для введения расплава материала во внутреннюю формообразующую полость пресс-формы.
• Выталкиватели: Могут быть цилиндрическими (стержневыми) или плитными. Используются для извлечения готового изделия из пресс-формы.

К конструктивным деталям относятся те, которые не соприкасаются с материалом непосредственно, но обеспечивают работу элементов технического назначения в правильном режиме. Также они служат для закрытия и открытия формы, фиксации в определенном положении, связи с узлом замыкания.

Материалы для изготовления пресс-форм

Для изготовления матрицы и пуансона для холодного литья используют высокопрочную сталь со степенью закалки в пределах 54-65 HRC, а также инструментальную стали марки 6ХВ2С. Для горячего литья применяют износостойкую сталь высокой прочности, устойчивую к температурным деформациям.

Матрица и пуансон изнашиваются достаточно быстро. При средней интенсивности эксплуатации их срок службы составляет 4-6 лет.

Типы закладных знаков

• Неподвижные знаки: Используются для знаков, которые не участвуют в выталкивании изделия после окончания технологического цикла. Крепление может выполняться запрессовкой или на расклепке.
• Подвижные знаки: Принимают непосредственное участие в выталкивании изделия после окончания цикла.
• Статичные знаки: Устанавливаются на пресс-форму вручную непосредственно перед началом цикла литья, после чего извлекаются из пресс-формы вместе с отливкой.
• Вращающиеся знаки: Используются для формирования внутренней резьбы.

В отдельных случаях конструкция пресс-формы позволяет производить изделия с нужными конструктивными отверстиями без введения формующих знаков. Однако такой процесс литья или прессования более затратный по причине высокой стоимости самой формы.

Литниковые системы

Наиболее дорогие литниковые системы снабжены системами автоматического управления клапанами, обеспечивающими выпуск изделий с незаметной точкой впрыска - это горячеканальные литниковые системы. Они состоят из разводящих коллекторов и системы сопел. Коллектор транспортирует материал от сопла машины к разводящим соплам и далее напрямую в формующую полость пресс-формы.

Литниковые системы холодноканального типа бывают двух видов: двухплитные и трехплитные.

Выталкивающие системы

Выталкиватели могут быть цилиндрическими (стержневыми) или плитными. В первом случае они представляют собой систему цилиндров, во втором - цельную плиту. При использовании плиты изделия поднимаются над пресс-формой, после чего снимаются сжатым воздухом или вручную.

Для отдельных изделий сложной конфигурации может использоваться многоступенчатая система выталкивания, при которой сами выталкиватели движутся асинхронно. Выталкивающая система приводится в движение стандартным приводом ТПА или пресса. Также существуют модели пресс-форм с отдельным приводом для выталкивателей.

Элементы системы управления

Втулки, направляющие колонки, локальные колонки, счетчики циклов, центраторы, запирающие клинья относятся к элементам системы управления.

Типы пресс-форм

Пресс-формы классифицируются по нескольким параметрам:

• Принцип действия: Для прямого прессования, литьевого прессования.
• Способ установки: Стационарные.
• Направление плоскости разъема: Вертикальные, горизонтальные.
• Количество изделий: Одногнездные, многогнездные.
• Количество смыканий: Формы с небольшим количеством смыканий (до 10000), формы со средним ресурсом (до 150000 смыканий), формы для массового производства (более 150000 смыканий).

Пример пресс-формы для литья пластмасс

Пресс-формы для прямого прессования

Используются для изготовления изделий простых форм на прессах. На неподвижной плите закрепляется матрица, на подвижной - пуансон. В процессе производства сырье помещается в матрицу, пуансон давит сверху с заданной силой, уплотняя материал. В результате материал заполняет всю форму, после чего застывает. Охлажденное изделие выталкивается из пресс-формы.

Пресс-формы для литьевого прессования

Подходят для изготовления крупносерийных партий изделий с более сложной конфигурацией. Формы перед прессованием находятся в сомкнутом состоянии.

Стационарные пресс-формы

Наиболее популярны. Они монтируются на плите агрегата и не удаляются после окончания производственного цикла. Извлечение изделий происходит без снятия формы.

Пресс-формы с вертикальным и горизонтальным разъемом

К формам с вертикальным разъемом относятся модели, снабженные пуансоном и матрицей. Направление размыкания формы перпендикулярно усилию узла смыкания, действующему в горизонтальном направлении.

В формах с горизонтальным типом разъема ось размыкания перпендикулярна усилию сжатия, действующему в вертикальном направлении.

Одногнездные и многогнездные формы

Одногнездные формы рассчитаны на производство одного изделия за один технологический цикл. Могут использоваться как в ТПА, так и в прессах. Чаще применяются для производства крупногабаритных изделий или деталей сложной конфигурации.

Многогнездные формы бывают двух видов: для производства одного вида изделий в заданном количестве и для производства нескольких видов изделий с фиксированным размером партии за один цикл. Пресс-формы для производства однотипных изделий в большом количестве наиболее экономичны, рентабельны и потому популярны. Они выпускаются как с холодноканальными, так и с горячеканальными литниковыми системами.

Выталкивающая система может иметь различные конфигурации: стержни (цилиндры), плиты, вкладыши. Стержневые выталкиватели пользуются наибольшей популярностью. Они давят на готовое изделие точечно до тех пор, пока оно не выпадет из формы на транспортирующую ленту конвейера. Принцип работы вкладышей схож.

Горячеканальные и холодноканальные системы

Горячеканальные литниковые системы часто используются для многоточечного впрыска при производстве изделий сложной формы или крупногабаритных тонкостенных деталей. В такой системе разогрев материала до вязкотекучего состояния проводится на протяжении всего цикла. Сама система разогревается перед началом работы. В результате литник расплавлен, удалять его не нужно.

Горячеканальная система литников имеет сложную конструкцию, высокую стоимость. Она требует больших энергозатрат и интенсивного охлаждения. В процессе литья нетермостойкие полимеры могут перегреваться в полостях горячих каналов.

Холодноканальная система литников надежна, проста в обслуживании, более доступна по цене в сравнении с горячеканальной. Но отливки после окончания цикла производства имеются ненужные литники, которые необходимо удалять. Удаление литников осуществляется оператором. Первоначальный расход сырья также включает в себя и материал, расходуемый на литники.

Существуют вариации пресс-форм с самоотрывными литниками. Для этого в конструкции формы предусмотрен механизм, отделяющий литники от отливки, что позволяет убрать ручную операцию по обработке изделий, но не снижает расход сырья на объем литников. Такие формы имеют трехплитную конструкцию: одна плита матрицы и две плиты пуансона.

Ресурс пресс-форм

Формы с небольшим количеством смыканий до 10000 используются при производстве опытных партий продукции, когда запускается пробная партия для прощупывания рынка. Также они применимы в налаженном производстве изделий под конкретного потребителя, когда известно количество необходимых отливок. В случае если объем производства увеличится, необходимо заказывать новую пресс-форму с аналогичным или большим ресурсом.

Формы с ресурсом до 150000 смыкания наиболее популярны и находятся в среднем ценовом сегменте. Они используются для изготовления средних и крупных товарных партий. Для производства форм данной категории используют сталь твердостью 36…42HRC.

Формы, рассчитанные на более чем 150000 смыканий, используются для массового производства. Они дорогостоящие, но ресурс может быть полностью восстановлен посредством капитального ремонта. Материал формы - сталь с термической обработкой, обладающая твердостью >50HRC.

Автоматизация пресс-форм

• Ручные пресс-формы: Требуют непосредственного участия оператора в технологическом цикле. Они показывают низкую стабильность цикла, используются для опытного производства пробных партий изделий.
• Полуавтоматические пресс-формы: Удобны и просты в обслуживании, показывают высокую стабильность в работе и высокое качество изделий на выходе. Они применяются для изготовления мелких и средних партий деталей с закладными знаками.
• Автоматические пресс-формы: Наиболее производительные. Их работа и качество изделий не зависит от работы оператора. Весь процесс полностью автоматизирован.

Обогрев и охлаждение пресс-форм

В процессе переработки полимеров их необходимо довести до вязкотекучего состояния, что невозможно без дополнительного внешнего нагрева. Для обогрева пресс-форм могут использоваться водяные, паровые, газовые или электрические нагреватели. Для литьевых пресс-форм при производстве изделий из термопластов самая популярная система обогрева - паровая. Охлаждение при этом производят водой. В самой пресс-форме имеются сквозные отверстия, по которым движется теплоноситель. Движение теплоносителя может быть параллельным, последовательным и смешанным, что определяется структурой внутренних каналов.

В процессе производства изделий из реактопластов наибольшей популярностью пользуются пресс-формы с газовым или электрическим обогревом. ТЭНы могут быть патронными, спиральными, плоскими или гибкими. Патронные нагреватели наиболее мощные, они могут нагреваться до температуры 5000С при максимальной удельной мощности 50 Вт/см2.

С целью обратного перехода материала из вязкотекучего состояния в твердое проводят охлаждение отливки. Именно этот процесс занимает большую часть времени технологического цикла. Система охлаждения состоит из соединенных между собой каналов, по которым циркулирует хладагент. Наибольшее распространение получила водяная система охлаждения. Вода циркулирует по внутренним каналам пресс-формы.

Каналы охлаждения выполняются как в подвижной, так и в неподвижной плите, что обеспечивает более равномерное снижение температуры во всей отливке одновременно. По форме сечения каналы могут быть радиальными, криволинейными, прямолинейными, пересекающимися и ступенчатыми. Количество каналов определяется конфигурацией и размером отливки, необходимой интенсивностью охлаждения и массой заливаемого в пресс-форму расплава.

Материалы и обработка пресс-форм

Пресс-формы изготавливаются из высококачественной инструментальной стали с первичной механической и последующей термической обработкой. Примером может служить коррозионностойкая сталь 40Х13. Закаленные изделия подвергают получистовой и чистовой обработке с последующей финишной доводкой отдельных поверхностей. Особое внимание уделяется ребрам жесткости. Для этого применяют ручную полировку, электромеханическую или лазерную обработку.

Этапы изготовления пресс-формы

Изготовление пресс-формы - сложный процесс, включающий несколько этапов:

1. Проектирование: Создание 3D-модели отливки, расчет размеров формообразующих деталей, усадки изделия.
2. 3D-моделирование пресс-формы: Разработка 3D-модели пресс-формы и конструкторской документации.
3. Обработка деталей: Обработка составляющих элементов литьевой оснастки на оборудовании с ЧПУ и электроэрозионных станках.
4. Сборка и подгонка: Подгонка и сборка пресс-формы слесарем-инструментальщиком.
5. Испытания: Проведение испытаний в реальных условиях эксплуатации.

Все этапы преследуют одну цель - получение литьевой оснастки заданного качества.

Выбор пресс-формы

Цена пресс-форм должна учитывать многие факторы, такие как тип пресс-форм, срок службы пресс-форм, выбор материала пресс-форм, тип оборудования и т.д. Они влияют на цену пресс-формы. Так, что выбор очень важен для фабрика пресс-форм.

Учитывая общую силу, группа компаний ХАЙГРЕЙД - хороший выбор для вас, масштаб фабрики большой, имеет фабрик в России, а в Мексике, США есть офис, имеет опытных технических рабочих, богатые оборудования и отличных бизнес-персоналов, владеющим иностранными языками, включая русский, японский, английский, испанский язык. Если у вас есть просьбы, предоставим вам разумный план.

Литьевая форма определяет параметры будущей отливки, от первичных: длина, ширина, высота, и до вторичных: шероховатость и фактура поверхности, плотность изделия (плотность напрямую связана с прочностью).

Процесс изготовления пресс-формы для литья пластмасс

Выставка Rosmould: Ключевое событие в индустрии пресс-форм

Rosmould - это единственная специализированная выставка формообразующей оснастки в Восточной Европе, которая проводится в России с 2006 года. Ежегодно в выставке принимают участие крупнейшие российские и зарубежные производители технологической оснастки (формы, пресс-формы, штампы, специальный инструмент и приспособления) для изготовления изделий, используемых в различных отраслях промышленности, а также поставщики оборудования и инжиниринговые компании.

Выставка Rosmould

Проведение выставки Rosmould способствует внедрению новых технологий производства, развитию инструментальной отрасли России, подготовке квалифицированных молодых кадров, обмену опытом на международном уровне.

Выставка Rosmould проводится одновременно с Международной специализированной выставкой оборудования и материалов для аддитивного производства 3D-TECH и Международной выставкой оборудования и материалов для производства изделий из пластмасс Rosplast.