Пресс-формы для литья: виды, производство, стоимость

Основная функция пресс-формы (ПФ)  – придать расплавленному материалу требуемую форму. Конструкция пресс-формы должна обеспечить соблюдение двух противоположных условий:  при раскрытии разделяться на несколько частей для извлечения отлитой детали, а в закрытом состоянии при подаче (впрыске) материала быть абсолютно герметичной для расплава при давлении 100 – 300 атм.

ПФ в сомкнутом состоянии это практически монолит металла с внутренними полостями и каналами для движения, формования материала, отвода воздуха и паров материала. На самом деле этот «монолит» состоит из нескольких составных частей, которые циклически смещаются относительно друг друга.

Вот примерный перечень компонентов литьевой пресс-формы: монтажные плиты, направляющие, элементы формообразующих поверхностей (матрицы, пуансоны), толкатели. Все комплектующие должны быть изготовлены и смонтированы с высокой точностью – допуски исчисляются в микронах. Заданная геометрия должна сохранять постоянство в условиях серийного производства литьевых изделий.

Одной из ключевых характеристик в проектировании пресс-формы является значение усадки литьевого материала. Это разница плотности в нагретом и охлаждённом состоянии. То есть после заполнения пространства между формообразующими поверхностями – формирования изделия – его размер меняется. Как правило, происходит уменьшение объёма. Этот эффект обязательно учитывают в ходе проектирования литьевой ПФ, размеры изделия завышают на значение усадки. Ошибка при учёте усадки может привести к негодности всей изготовленной пресс-формы – геометрия изделий внешний вид не будут соответствовать чертежу.

На процесс усадки материала – величина, равномерность – влияет скорость охлаждения, кристаллизации, отлитого изделия. Для регулирования скорости охлаждения при литье под давлением в конструкцию могут быть включены каналы циркуляции охлаждающего агента и устройства подключения к питающему аппарату.

Таким образом, литьевая пресс-форма – это сложное изделие, требующее высокой квалификации в проектировании, изготовлении и эксплуатации. К тому же в большинстве случаев это оригинальная конструкция для применения в определённых условиях: оборудование, литьевые материалы, темп выпуска продукции и т.д.

Огромный ассортимент продукции, получаемой литьём под давлением, привёл широкому разнообразию конструкций пресс-форм. Но можно выделить категории и группы, обладающие схожими характеристиками которые облегчат процесс выбора оптимальной конструкции.

Во-первых – Стационарность.

1. Съёмные ПФ. Небольшие пресс-формы, помещаемые в литьевую машину на период впрыска. Для выгрузки изделий форму необходимо извлечь из литьевой машины. Раскрытие осуществляется вручную или с привлечением вспомогательных устройств. Низкая производительность компенсируется относительно низкой стоимостью и простотой изготовления. Основное назначение: опытные партии, мелкосерийное производство. Подключение внешнего оборудования затруднено.

2. Стационарные ПФ закрепляются в литьевой машине. Извлечение готовых изделий осуществляется механически. Все процессы могут быть автоматизированы до полной автономии работы в течении смены.

Дальнейшая классификация применима только для стационарных литьевых пресс-форм.

По литниковой системе.

Холодноканальные. Конструкция, при эксплуатации которой часть литьевого материала застывает в литниковых каналах. При этом требуется отделение литников от изделий, происходит частичная потеря материала. Но в ряде случаев литники облегчают извлечение деталей из пресс-формы.

Горячеканальные или безлитниковые.  За счёт подогрева каналов материал находится в расплавленном состоянии и выпрыскивается при следующем цикле. За счёт системы изоляции литниковых каналов от гнёзд это одна из наиболее сложных в проектировании и изготовлении моделей.

Создание ЛПФ начинается с формирования и согласования Технического задания (ТЗ).

И хотя требования к литьевым ПФ подробно изложены в государственных нормативных документах: ГОСТ 19946-74 – литьё металлов; ГОСТ 27358-87 –литьё пластмасс, определить все условия заказчика на изготовление ПФ для конкретного изделия одной ссылкой на соответствующий ГОСТ не получится. Указанные документы охватывают весь спектр конструкций и содержат достаточно обобщённые указания.

А техническое задание сосредоточено на конкретном изделии и конкретных условиях производства.

ТЗ на изготовление ПФ обязательно должно содержать подробный эскиз литьевого изделия, а в идеале объёмную модель. Без полной информации по конфигурации планируемой детали невозможно начало работ по конструированию формообразующих поверхностей и в целом пресс-формы. От наличия и достоверности требуемых размеров зависит вся дальнейшая работа и эксплуатационные характеристик ПФ. А именно: количество гнёзд, литниковая система, количество плоскостей смыкания, способ извлечения изделий. В итоге – стоимость и строки изготовления.

Результатом успешного завершения этапа проектирования пресс-формы является комплект конструкторской документации и 3D –модель элементов ПФ для программирования ЧПУ.

И если в процессе изготовления элементов литьевой формы первоначально – при черновой обработке заготовок – всю нагрузку на себя берут программируемые фрезерные комплексы, то на последующих этапах без умелых рук и верного глаза не обойтись. Всё зависит от квалификации и, что важнее, опыта задействованных специалистов.

Счёт идёт на микроны. А деформация при закалке может составить десятые миллиметра, гальваническое покрытие и полировка тоже внесут свои коррективы. Электроника и автоматика в этом случае – только вспомогательные средства.

При всей сложности конструкции и процесса изготовления оценка качества пресс-формы осуществляется достаточно просто. Выполняется опытная отливка и измерительный контроль полученного изделия. При соответствии геометрии и внешнего вида техническому заданию форма считается годной.

Далее не менее ответственный этап: ввод в эксплуатацию и опытная эксплуатация.

Перед первой установкой новой пресс-формы в литьевую машину на предприятии заказчика необходимо:

1. Если конструкция позволяет, вручную проверить ход выталкивателей и других подвижных элементов;
2. Осмотреть на предмет механических повреждений подвижные элементы.

После установки в литьевую машину выполнить несколько циклов без подачи литьевого материала, наблюдая за работой всех механизмов пресс-формы. Затем провести повторный осмотр на предмет мех. повреждений. При отсутствии замечаний к работе ПФ приступить к изготовлению опытной партии изделий.

Указанные предосторожности себя оправдывают, стоимость пресс-формы для литья под давлением начинается от 300000 руб – съёмная одноместная ПФ из материала с ресурсом не более 10 тысяч циклов. Цена многоместной горячеканальной с ресурсом более 150 тысяч может превысить 900000 руб.

Для минимизации рисков получила распространение практика запуска производства двумя пресс-формами: 1-ая с минимальными затратами – для отработки процесса, в том числе, изготовления ПФ и оценки рынка сбыта литьевых изделий; 2-ая – серийное долгосрочное производство.