|
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков, г. Москва (Россия)
Среди всех известных в производстве методов переработки пластмасс
одним из самых сложных в плане используемого инструмента является литье под давлением.
При производстве деталей этим методом для каждой детали (или группы деталей) необходимо
спроектировать и изготовить пресс-форму.
Введение
Усилие смыкания для литьевой пресс-формы может составлять от десятков
до тысяч тонн; время цикла литья может длиться всего 5-6 секунд. Кроме того, существуют
различные технологии сложного литья (многокомпонентное, литье с газом, сборка в
форме и т.д.).
По нашим оценкам, ежегодный прирост российского рынка термопластавтоматов
превышает тысячу единиц. Каждый термопластавтомат необходимо снабдить как минимум
одной пресс-формой. Количество пресс-форм на один термопластавтомат варьируется в
зависимости от ассортимента выпускаемой предприятием продукции и производственных
планов компании. Как показывает практика, на один термопластавтомат приходится в
среднем от двух до пяти пресс-форм, причем тенденция к увеличению количества используемых
предприятием пресс-форм из года в год становится все более явной. Подобная ситуация
связана со стремлением российских производителей пластиковых изделий повысить свою
конкурентоспособность на рынке в том числе относительно импортной продукции путем
расширения товарного ассортимента, применения в изделиях оригинального дизайна,
цвета, структуры.
Для реализации подобных стремлений, в начале которых стоит идея
выпуска изделий из пластмассы, а в конце - серийное производство и, желательный
сбыт пластмассовых изделий предприятие нуждается в определенном наборе пресс-форм,
которые отличаются между собой конструктивной сложностью индивидуальны по своему
исполнению для каждого конкретного случая.
Для реализации подобных стремлений, в начале которых стоит
идея выпуска изделий из пластмассы, а в конце - серийное производство и, желательный
сбыт пластмассовых изделий предприятие нуждается в определенном наборе пресс-форм,
которые отличаются между собой конструктивной сложностью индивидуальны по своему
исполнению для каждого конкретного случая.
Этапы производства пресс-формы
В самом общем виде этапы производства пресс-формы представлены
на рисунке 1. Если рассматривать каждый этап по отдельности то получается комплексный
сложный технологический процесс, который занимает месяцы работы различных специалистов
по компьютерному моделированию, составлению технической документации, изготовлению
и обработки составных частей пресс-формы.
Конструкторско-технологическая подготовка производства
Первый этап производства пресс-формы включает подготовка
эскизов изделия (эскизная графика), построение 3D модели, фотореалистическуювизуализацию.
Проектирование пресс-формы включает в себя конструкторскую проработку
модели и разделение сборочной модели на отдельные конструктивные элементы.
Подготовка каждого конкретного элемента, оформление линии разъёма
детали а также шиберов, знаков, вставок и местности пресс-формы. Особое значение
имеет литниковая система.
Избежать или максимально уменьшить коробление, разводы, слитины и
другие дефекты можно используя компьютерное моделирование процесса заполнения формы.
Также при этом можно контролировать распределение температуры расплава, скоростей
потока и другие параметры.
На начальном этапе производства пресс-формы все существующие идеи,
чертежи переносятся на компьютер, на котором с помощью определенных программ
осуществляется проектирование пресс-форм.
При проектировании пресс-форм применяются CAD/CAM системы, автоматизированного,
сквозного проектирования. Система проектирования пресс-форм Mold-Works для SolidWorks
предназначена для автоматизации труда конструктора и выполнения задач автоматизированной
компоновки пресс-форм. Проверка пресс-формы на "проливаемость" проводиться на компьютере
с помощью Mold - flow анализа. Ведущими поставщиками программного обеспечения для
компьютеров в области проектирования и изготовления пресс-форм, штампов - являются
компании Unigraphics, ProEngineer, Cimatron.
Первый этап крайне важен для определения необходимого объема работ
на втором этапе изготовления пресс-формы, так как определяется необходимый набор
стандартных и специальных изделий, необходимых для изготовления пресс-формы.
Изготовление пресс-формы
Второй этап производства пресс-формы включает конструирование
(заказ стандартных частей, обработка заготовок, изготовление специальных элементов
пресс-формы), прототипирование, и непосредственно сборка пресс-формы.
Конструктивные элементы специальных деталей пресс-формы.
Пресс-форма состоит из большого количества частей, которые должны
точно сопрягаться между собой.
Детали пресс-форм разделяют на нормализованные и специальные. Конструкция
нормализованных деталей пресс-формы, может быть установлена заранее, независимо
от конструктивных особенностей отливаемых изделий в пресс-форме.
Любая пресс-форма на 50-95% состоит из стандартных по номенклатуре
и весу деталей (нормалий). Эти детали по цене составляют от 10 до 60% от ее полной
стоимости. Колебания процентов зависят как от конструкции пресс-формы, геометрии
отливки и требований инструментального производства, так и от уровня подготовленности
конструктора (конструкторской компании) пресс-формы, его желания и возможности
применить подходящие стандартные элементы. Решение одной и той же технической
задачи при проектировании пресс-формы практически всегда конструктивно инвариантно
по гнездности, по литниковой системе, по системе выталкивания и т.д.
К нормализованным деталям пресс-формы относят:
верхние и нижние плиты пресс-формы; простые плиты, механически обработанные со всех сторон,
подходящие для изготовления пуансонов, матриц и формообразующих плит, требующих
большой объем выборки; Детали для пресс-форм - Направляющие втулки и колонки,
Центрующие элементы, Фиксаторы, Вставки в т.ч. с календарями, пружины и т.д.);
Толкатели и элементы для извлечения деталей из формы -
Элементы извлечения из формы, Хвостовики двойного хода, Толкатели от O1мм х 200мм,
Трубчатые толкатели с толщиной стенки от 0,75мм. Щелевые от 0,8 мм. Подшипники, шестерни; Литниковая система, горячеканальная технология - Литниковые
втулки, горячеканальные инжекторы (сопла), в т.ч. инжекторы многоточечного впрыска,
Горячеканальные коллекторы, фильтры; Техника автоматического управления - Тэны, разъемы,
приборы и датчики контроля, переносные измерительные приборы; Система охлаждения - Штуцера в т. ч. из нерж. стали,
муфты, спиральные вставки для пуансонов, прокладки, шланги; Инструменты и дополнительное оборудование, химия -
Специальные инструменты и приспособления, смазочные материалы, конические сверла,
графит для электродов, готовые вставки из графита.
В мире действуют компании, специализирующиеся на производстве нормализованных
элементов. Как правило, набор таких деталей представлен в каталогах этих компаний,
причем цена на них заранее определена. Степень из готовности от 10 до 100%. Наиболее
известными в мире компаниями, выпускающими стандартные детали являются Hasco Hasenclever
GmbH (Германия), DME Company* (США), EOC Normalien (Германия), Strack Norma GmbH
(Германия), Ewikon Heisskanalsysteme (Германия), Mold-Masters Europa GmbH (Канада),
Diemould Service Co. Ltd (DMS) (Великобритания) и др.
Кроме того, существуют компании сопрягающие производство пресс-форм
с производством снандартных элементов пресс-форм. Наиболее известные среди этих
компаний: Schottli AG Mould Technology (Швейцария), Mold & Hotrunner Technology AG
(MHT) (Германия), StackTeck (Канада), Husky (Канада).
К специальным деталям пресс-формы относят вставные матрицы, пуансоны,
гладкие знаки, резьбовые знаки, кольца и т.п. Наиболее ответственными деталями
пресс-формы, с точки зрения возникающих в них напряжений, являются загрузочные
камеры, вставные матрицы и обоймы пресс-формы.
Производством спеиальных деталей занимается специализированное
инструментальное производство, как правило, компания, в которой непосредственно
заказыватся пресс-форма.
Матрица - наиболее трудоемкая деталь пресс-формы. Оформляющие
гнезда пресс-формы должны в точности соответствовать конфигурации отливаемых пластмассовых
изделий. Пуансоны применяют для оформления наружного или внутреннего контура отливаемого
пластмассового изделия в пресс-форме. Гладкие знаки применяют для оформления
отверстий в отливаемых изделиях из пластмассы. Гладкие знаки могут являться одновременно
выталкивателями. Резьбовые знаки и кольца предназначены для оформления, соответственно,
внутренней и наружной резьбы в отливаемых изделиях из пластмассы. Выталкиватели
предназначены для удаления пластмассового изделия из оформляющего гнезда пресс-формы.
Таким образом, пресс-форма имеет следующую структуру: пакет плит,
систему центрирования; систему питания (литниковая система); систему выталкивания;
систему охлаждения; систему формообразующих деталей. Кроме системы формообразующих
все остальные детали могут быть стандартными или могут дов\рабатываться из стандартных
детелей, поставляемых как заготовки
Сейчас широко используется система быстрого изготовления пресс-форм
и опытных партий изделий по технологии TAFA. В конструкцию пресс-форм закладываются
унифицированные элементы, выполненные по каталогам. Это позволяет производителям
пресс-форм, сосредоточиться на обработке формообразующих пресс-формы, снизить
трудоемкость работ и сократить сроки изготовления пресс-форм. Производство в данном
случае разделяется на три параллельных потока: самостоятельное изготовление формообразующих
пресс-формы, закупка и доработка нормалей пресс-формы, изготовление оригинальных
деталей пресс-формы. За счет применения унифицированных элементов для пресс-формы,
изготовленных на специализирующихся в этой области фирмах, удается повысить качество
и долговечность пресс-форм.
Литниковая система пресс-формы
Литниковая система пресс-формы может быть трех видов: холодноканальная,
горячеканальная и комбинированная. Наиболее простой и дешевый вариант литниковой
системы пресс-формы - холодноканальная. Для одногнездной пресс-формы с ходом расплава
в деталь через центральный литник она состоит только из литниковой втулки. Преимущества:
простота и дешевизна. Недостатки: весь литник уходит в отход (повышенный расход
материала); время цикла зависит от времени охлаждения литника, а не от самой детали;
необходимость вручную удалять литник от отливки, хранить его и вторично перерабатывать.
После удаления литника место впуска, как правило, подлежит дополнительной зачистке.
Для повышения производительности ТПА, уменьшения отходов и поддержания
необходимой температуры переработки расплава применяют горячеканальные литниковые
системы (ГКС). Конструктивно простейшая ГКС состоит только из одного обогреваемого
сопла (nozzle) с одной или двумя зонами нагрева, в то время как универсальная ГКС
состоит из обогреваемого коллектора (manifold), к которому подходят одно или несколько
сопел. Для управления работой нагревателей ГКС пресс-формы необходимо иметь терморегулятор
с количеством зон регулирования, равным числу термопар в системе.
Изготовление холодноканальной системы производится силами компании
осуществляющей производство специальных элементов пресс-формы и осуществляющей сборку
пресс-формы.
Изготовление горячеканальной системы - дорогостоящее занятие, и на
данный момент в мире сложилась ситуация, когда существую определенные компании,
производящие горячеканальные элементы и поставляющие из сборочным производствам,
так как небольшим производствам пресс-форм нерентабельно иметь собственные мощности
для производства горячеканальных систем.
Производителей горячеканальных систем можно условно подразделить на
три группы компаний:
производители стандартных элементов для пресс-форм,
указанные выше; крупные производители пресс-форм, имеющие возможности
производства и продажи ГКС: Schottli AG Mould Technology (Швейцария), Mold & Hotrunner
Technology AG (MHT) (Германия), StackTeck (Канада), Husky (Канада); компании, специализирующиеся на производстве горячеканальных
систем и контроллеров к ним - Incoe International /Немецкое подразделение американской
компании INCOE Corporation/ (Германия), Guenther HeissKanaltechnik
GmbH (Германия), THERMOPLAY S.p.A. (Италия), Heitec Heisskanaltechnik (Германия),
Hotset Gmbh (Германия), i-mold GmbH & Co. KG. (Германия) /Существует с 1998 года как Exacon GmbH &
Co. KG. В 2004 году переименована в i-mold GmbH & Co. KG/ , Synventive Molding Solutions
(США, Нидерланды), Watlow Company (США), Heatlock (Швеция) и др.
Как правило, производство горячеканальных систем на указанных предприятиях
сопряжено с производством термоконтроллеров к ним. Также существуют компании,
специализирующиеся на производстве только контролеров для горячеканальных систем.
К таким компаниям относятся: Athena Controls, Inc. (США), PMS Systems Ltd (Великобритания)
и др.
Элементы системы охлаждения
Цикл литья более чем на 50% состоит из ремени охлаждения отливки.
Для сосздания надежной в работе системы охлажения пресс-формы, технологичной в
изготовлении и ремонтнопригодной при эксплуатации, предлагаются разнообразные
стандартные детали: быстросъемные соединения, переливы, фортанирующие трубки,
турбулизаторы, тепловые требки, теплоотводящие знаки, уплотнительные кольца, зглушки
и пробки. Подключение сситемы охлаждения пресс-формы к шлангам источника хладагена
(термостат, охладитель, оборотная цеховая магистраль) рекомендуется проводить
быстросъемными соединениями, состоящими из ниппеля и муфты.
Элементы системы охлаждения, как правило, присутствуют в каталогах
производителей стандартных деталей для пресс-форм. В тоже время существуют компании,
специализирующиеся на производстве элементов систем охлаждения.
Обработка пресс-формы
Основная часть обработки элементов пресс-формы проводится на фрезерных
станках с ЧПУ и электроэрозионных станках.
Технология обработки предполагает три стадии механической обработки
и три - термообработки: Отжиг - черновая обработка - нормализация - получистовая обработка
- закалка - окончательная обработка - хромирование.
Отжиг необходим любой заготовке для снятия
остаточных напряжений; При черновой обработке снимается основное
количество материала, припуски на рабочие поверхности - 0.5-2 мм. Нормализация (отжиг) необходима для снятия основных
напряжений в заготовке, это уменьшает риск больших поводок при закалке. Получистовая обработка проводится с припуском
0.3-0.1 мм. В процессе этой обработки делается максимально возможная выборка по
некаленому материалу и готовится поверхность для окончательной чистовой обработки. Закалка - это очень ответственный момент всей
технологии. Если не допущены грубые ошибки в технологии, то закалка не выходит
за пределы разумного риска.
Этот этап обработки особенно важен, так как именно в этот момент
выполняются все точные обработки.
Для достижения необходимой точности обработки часто требуется
специальный дорогостоящий инструмент, оправки и приспособления, все работы проводятся
импортным высококачественным инструментом.
Это работа слесаря-инструментальщика. Для каждой конкретной пресс-формы
содержание этой работы может быть различным, именно здесь обнаруживаются и исправляются
все ошибки. Иногда сборка и испытание пресс-формы вызывает неожиданные проблемы,
что увеличивает сроки изготовления.
Описанные этапы изготовления пресс-формы в общих чертах раскрывают
технологию и позволяют заказчику сопоставить цену работы и её содержание.
Доводка и испытание пресс-формы
На третьем этапе осуществляется доводка пресс-формы до производства
изделия требуемого качества и с заданным временем производственного цикла. Получение
пресс-формы заданного качества - основная цель всех описанных выше процессов, и
если пресс-форма в рабочих условиях не показывает заданных результатов, необходимо
искать ошибки на первых двух этапах. От качества изготовления пресс-формы напрямую
зависит длительность доводки пресс-формы - чем тщательней выполнена работа, чем
меньшее время потребуется на ее доводку.
Испытание пресс-формы проводится в условиях, приближенных к реальным
условиям эксплуатации пресс-формы.
Важнейшей частью этого процесса является оборудование, на котором
осуществляется испытание пресс-форм - термопластавтоматы - в идеале, установленное
для испытания пресс-формы оборудование должно соответствовать оборудованию, на
котором будет осуществлять производство пластиковых изделий.
Срок работ по производству пресс-формы
Обычная работа на предприятии ведется двумя бригадами в две смены.
Производственный цикл имеет следующее распределение сроков (для пресс-форм средней
сложности и размеров):
1) изготовление конструкторской документации - 4-7 дней;
2) заказ блоков пресс-формы - 7-12 дней;
3) параллельно заказ стали формообразующих - 5-8 дней;
4) изготовление формообразующих - 7-10 дней;
5) термообработка формообразующих в специальной организации - 3-5 дней;
6) механическая обработка стандартных блоков - 3-5 дней;
7) сборка формы - 2-3 дня;
8) итого до первых испытаний - 26-42 дня.
Не каждое предприятие, специализирующееся на изготовлении пресс-форм
и технологической оснастки, способно спроектировать и изготовить пресс-форму на
сложное пластмассовое изделие, соответствующую высоким требованиям современного
потребителя. При этом расходы весьма значительны - необходимы высококвалифицированный
персонал, время, дорогостоящие материалы и специализированное оборудование для
производства пресс-форм. Все это в конечном итоге сказывается на цене. Стоимость
нового инструмента из высококачественной стали составляет от 50 до 500 тыс. евро.
C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка литья
пластмасс под давлением можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных
Рынков "Литье пластмасс под давлением в России: анализ рынков готовой продукции".
Автор:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: +7 (495) 918-13-12, 911-58-70
E-mail: mail@akpr.ru
http: //www.akpr.ru.
Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных
с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение
маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
Опубликовано: 17.09. 2007 г.
|
