Изготовление пресс-форм¶

Изготовление пресс-форм — совокупность технологических операций по проектированию и производству формообразующей оснастки, предназначенной для получения изделий методами литья под давлением, прессования, штамповки или формования. Пресс-форма представляет собой металлический (реже композитный) инструмент, рабочие поверхности которого воспроизводят геометрию будущей детали. Изготовление пресс-форм относится к инструментальному производству и является одной из ключевых стадий подготовки серийного выпуска изделий из пластмасс, резины, металлов и композитов.

¶Назначение и место в производственном цикле

Пресс-форма устанавливается на литьевую машину, гидравлический или механический пресс, термопластавтомат либо другое формующее оборудование. Через литниковую систему в оформляющую полость подаётся расплав или заготовка, после чего изделие охлаждается (или отверждается) и извлекается. От качества оснастки напрямую зависят точность размеров, шероховатость поверхности, а также себестоимость и производительность серийного производства.

Инструментальное производство обычно занимает промежуточное положение между конструкторской подготовкой и основным производством: сначала разрабатывается конструкция изделия, затем проектируется оснастка, изготавливается и испытывается, и лишь после этого запускается серия.

¶Этапы изготовления

¶Проектирование

На первом этапе создаётся 3D-модель изделия и на её основе — модель пресс-формы. Определяются:

• число гнёзд (оформляющих полостей) в одной форме;
• схема разъёма, расположение плоскости разъёма;
• система охлаждения (каналы для теплоносителя);
• литниковая и выталкивающая системы;
• материалы формообразующих деталей.

Проектирование ведётся в CAD-системах, часто с последующим расчётом течения расплава (CAE-анализ) для прогнозирования дефектов.

¶Механическая обработка

Формообразующие детали (матрицы, пуансоны, знаки, вставки) изготавливаются из инструментальных сталей. Применяются:

• фрезерование (в том числе высокоскоростное на станках с ЧПУ);
• электроэрозионная обработка (прошивная и проволочная);
• сверление глубоких отверстий для каналов охлаждения;
• шлифование и полирование.

¶Сборка и доводка

Детали притираются, собираются в блок, проверяется взаимное расположение, работа выталкивающей системы и подвижных частей. Поверхности оформляющих полостей полируются до требуемой шероховатости.

¶Испытания и отладка

Проводятся пробные заливки, по результатам которых корректируются литниковая система, режимы охлаждения, зазоры. Отладка может потребовать доработки отдельных деталей.

¶Материалы

Основной материал формообразующих деталей — инструментальные стали (например, марок 40Х, 4Х5МФС, Х12МФ). Выбор определяется:

• температурой и агрессивностью расплава;
• требуемым ресурсом (количеством циклов);
• необходимостью термообработки.

Для крупносерийного производства и литья абразивных материалов применяют закалённые стали, для мелкосерийного — более мягкие, а также алюминиевые сплавы и композиты. Отдельные элементы (знаки, вставки) могут выполняться из меди и её сплавов для улучшения теплоотвода.

¶Технологии и оборудование

Современное изготовление пресс-форм опирается на:

Конформное охлаждение — каналы, повторяющие контур изделия, — позволяет сократить цикл литья и уменьшить коробление деталей; такие каналы трудно выполнить сверлением, поэтому их всё чаще получают методами 3D-печати по металлу.

¶Особенности и контроль качества

К изготовлению пресс-форм предъявляются высокие требования по точности (часто в пределах сотых долей миллиметра) и по стойкости к износу. Контроль включает измерение геометрии (координатно-измерительные машины), проверку твёрдости, дефектоскопию. Ошибки на этапе проектирования обходятся дороже всего, так как исправление уже изготовленной оснастки требует повторной механообработки.

¶Значение и развитие отрасли

Изготовление пресс-форм — капиталоёмкое и наукоёмкое направление. Сроки и стоимость оснастки во многом определяют время выхода нового изделия на рынок. В России инструментальные производства сосредоточены преимущественно на машиностроительных, автомобильных, приборостроительных и химических предприятиях, а также в специализированных инструментальных компаниях. Тенденции отрасли — автоматизация проектирования, применение высокоскоростной обработки, аддитивных технологий и цифрового моделирования процессов формования.

Источники: техническая литература по литью под давлением и обработке пластмасс, справочники по инструментальным сталям, материалы по технологии машиностроения.