В промышленности экструзионного пузырькового литья пресс-форма не только является основным инструментом для формования ядра, но и является ключевым фактором, непосредственно влияющим на качество продукции, производительность и долгосрочные эксплуатационные расходы. Правильно выбранная пресс-форма может идеально сочетаться с производительностью машины экструзионного пузырькового литья, выпускать высококачественную продукцию с стабичными размерами и отличным внешним видом и существенно снижать единичные производственные расходы благодаря высокоэффективной работе. С другой стороны, неправильно подобранная пресс-форма может привести к ряду проблем, таких как высокий процент брака, частые поломки оборудования, низкая производительность и даже неспособность удовлетворять основные требования к продукции, что приводит к ненужным потерям инвестиций.
Для производителей, использующих машины экструзионного торцевого формования, выбор подходящей формы является системным проектом, который требует всестороннего рассмотрения дизайна продукта, характеристик материала, параметров оборудования, масштаба производства, бюджета расходов и других факторов. Многие предприятия при покупке ориентируются только на цену форм, игнорируя соответствие оборудованию и реальному производственному спрос магаш, что в конечном итоге приводит к ситуации, когда форма не может использоваться в нормальном режиме или производственная выгода значительно ниже ожидаемых показателей. Являясь профессиональным производителем машин экструзионного торцевого формования с многолетним опытом, компания «Аполло» имеет глубокие технические наработки в области соответствия форм и оптимизации процессов. Вся серия оборудования для экструзионного торцевого формования позволяет адаптироваться к различного типа форм для торцевого формования, а профессиональная инженерная команда может предоставить целевое руководство по выбору форм для клиентов, обеспечивая наилучшее сочетание оборудования и форм.
В настоящей статье будут систематически изложены основные функции и классификация экструзионных форм для выдувания, прояснены ключевые факторы, которые необходимо учитывать при выборе форм, проанализированы характеристики и сценарии применения различных материалов форм и конструкций, подробно описаны принципы совместимости форм и машин экструзионно-выдувочного производства Apollo, представлен подробный анализ цен на формы и окупаемости инвестиций, а также подведены итоги общих ошибок и методов технического обслуживания при закупке форм. Благодаря всеобъемлющему и подробному анализу в данной статье поставлена цель помочь предприятиям, занимающимся экструзионно-выдувным формованием, овладеть научными методами выбора форм, избегать рисков при закупке и максимально повышать эффективность производства и окупаемость инвестиций.
1. Важная роль пресс-форм в производстве экструзионного литья под давлением
1 Основные функции пресс-форм для экструзии
Экструзионная литьевое формование представляет собой процесс, при котором плавленное пластиковое масло экструдируется через экструдер в твердое тело (паразино), которое поступает в полость пресс-формы и в которую вдувается сжатый воздух, приводящий к расширению и приживанию корпуса к внутренней стене полости пресс-формы, в результате чего получается ячеистый пластиковый изделие после охлаждения и формовки. В ходе всего этого процесса пресс-форма выполняет множество ключевых функций и является прямым носителем формирования изделия.
В первую очередь, пресс-форма определяет форму и размер изделия. Форма полости пресс-формы полностью определяет внешний контур готового изделия, а точность обработки полости напрямую влияет на габаритную допусковку изделия. Для изделий с требованиями по сборке, такими как пластиковые бутылки и бочки, особенно важна габаритная точность отверстия и резьбы, которая полностью зависит от точности обработки соответствующих деталей пресс-формы.
Во-вторых, формопластика влияет на распределение толщины стенки изделия. С помощью проектирования формы полости, сотрудничества с головкой пресс-формы и процесса выдувания форм можно контролировать степень растяжения парисона в разных положениях, чтобы обеспечить разумное распределение толщины стенки. Для изделий, которым необходимо противостоять давлению или удару, можно увеличить толщину стенки в области напряжения с помощью проектирования форм, чтобы повысить прочность конструкции изделия.
В-третьих, формовочная матрица определяет качество поверхности изделия. Поверхностная отделка, фактура, логотип, рисунок и другие эффекты изделия напрямую формируются поверхностью полости матрицы. Благодаря высокоточной полировке или гравировке текстуры на поверхности форм можно перенести эти эффекты на поверхность изделия, добиваясь желаемого визуального эффекта.
В-четвертых, пресс выполняет функцию охлаждения и формирования. Большая часть процесса охлаждения продукта после экструзии завершается с помощью канала для охлаждающей воды внутри пресса. Разумное проектирование системы охлаждения позволяет сократить цикл прессования, повысить производительность и уменьшить деформацию продукта, вызванную неравномерным охлаждением.
1.2 Main Categories of Blow Molding Molds
Формы с измельчением под давлением можно разделить на различные категории по различным стандартам классификации, и различные типы форм подходят для различных сценариев производства.
В зависимости от категории применения продукта пресс-формы можно разделить на пресс-формы для изготовления бутылок для потребительских товаров, пресс-формы для производство промышленных бочок, пресс-формы для изготовления автомобильных деталей, пресс-формы для предметов первой необходимости и пресс-формы для крупных промышленных компонентов. Пресс-формы для бутылок потребительских товаров чаще всего используются для изготовления бутылок для напитков, бутылок с хозяйственными средствами, фармацевтических бутылок и других небольших и средних полых изделий, обычно с небольшим объемом и высокими требованиями к точности размеров горла бутылки. Пресс-формы для промышленных бочков используются для производства бутылок объемом 20 л, 50 л, 200 л и других спецификаций, с большим объемом и высокими требованиями к структурной прочности. Пресс-формы для изготовления деталей автомобиля используются для производства резервуаров для топлива, воздуховодов, бамперов и других полых частей, со сложной формой и часто с специальными структурами, такими как вставки и утягивание ядра.
В зависимости от количества полостей форм можно разделить на однонасосные и многопоточные формы. Однонасосная форма имеет только одну формующую полость в одной форме, которая чаще всего используется для изготовления изделий большого размера или мелкосерийного производства с разнообразной продукцией. Многопоточная форма имеет две или более полостей одновременно, что позволяет формировать несколько изделий в одном цикле формования, значительно повышая эффективность производства и чаще всего используется для массового производства небольших и средних изделий.
В зависимости от конструктивной формы прес-формы можно разделить на интегральные формы, комбинированные формы и формы с специальными механизмами. Интегральные формы имеют простую конструкцию, хорошую жесткость и низкую стоимость, поэтому они подходят для изделий с простой формой. Комбинированные формы собирают из нескольких частей, что удобно для обработки и замены уязвимых мест, и они подходят для средних и больших форм. Прес-формы с такими специальными механизмами, как вытягивание бокового ядра и удаление резьбы, используются для изделий с боковой вогнутостью, резьбой и другими конструкциями, которые нельзя удалить непосредственно.
1.3 Основные отличия от форм для литья под давлением.
Многие люди легко спутают формы для литьевого формования с формами для литья под давлением, однако между ними существуют существенные различия из-за разных принципов формирования. Во-первых, давление в полости при формовании под давлением намного ниже, чем при литье под давлением, обычно всего несколько десятых до нескольких мегапаскаль, поэтому требования к жесткости форм для формования под давлением относительно ниже, чем к форме для литья под давлением, а толщина стенок шаблона при той же величине продукта меньше.
Во-вторых, в печах для экструзионного формования необходимо формировать только внешнюю поверхность изделия, а внутреннюю поверхность формируется путем нагнетания воздуха, поэтому отсутствует ядровый узел, аналогичный ядровым конструкциям в пресс-литейных формах. Последние имеют более сложную конструкцию, поскольку им необходимо проектировать как порожнее пространство, так и ядро, которое формирует одновременно внутреннюю и внешнюю поверхности изделия.
В-третьих, планировка системы охлаждения отличается. Формы для литья под давлением, главным образом, охлаждаются по обеим сторонам полости, в то время как формы для инъектирования требуют размещения каналов с охлаждающей водой как в полости, так и в ядре. Кроме того, система отвода воздуха в формах для литья под давлением является более важной, потому что воздух в полости необходимо быстро удалять в процессе заливки, в противном случае это приведет к дефектам, таким как неполное формирование изделия и появление ожогов на поверхности.
Понимание этих различий помогает избежать применения опыта выбора форм для инжекционного литья при закупке форм для выдувной литья и принимать более целевые решения по выбору.
2. Основные факторы, которые необходимо учитывать при выборе формовочного станка
2.1 Требования к проектированию продукта и применению
Основной критерий выбора пресс-форм – конкретные конструктивные и технологические требования к продукту. Все конструкции и конфигурации пресс-форм должны служить конечному эффективности продукта. Прежде всего, общие размеры и сложность конструкции продукта напрямую влияют на основные размеры и структурную форму пресс-формы. Большие продукты требуют больших пресс-форм, а продукты с сложной конструкцией, такими как вырезы по бокам, ручки и резьбы, должны быть оборудованы соответствующими механизмами для выдергивания ядра, вставок и др.
Во-вторых, требования к размерной толерантности изделия влияют на уровень точности механической обработки и выбор материалов для пресс-форм. Изделия с высокими требованиями к точности требуют использования материалов для пресс-форм с высокой стабильностью и высокоточной технологии обработки, в результате чего расходы на изготовление пресс-форм увеличиваются. Например, фармацевтические упаковочные бутылки предъявляют чрезвычайно высокие требования к размерной точности горловины бутылки для обеспечения герметичности с пробкой, поэтому требования к точности обработки пресс-форм значительно выше, чем для обычных бутылок для бытовой химии.
В-третьих, требования ко внешнему качеству продукта определяют метод обработки поверхности порта пресс-форми. Продукты, требующие высокой прозрачности и глянцевого внешнего вида, требуют зеркально полированных портов пресс-форми; продукты с матовым или перламутровым эффектом требуют обработки на поверхности пресс-формы методом песчания или травления; продукты с логотипами торговой марки и маркировочными линиями требуют вырезания соответствующих рисунков на поверхности пресс-формы. Разные процессы обработки поверхности имеют разные затраты и циклы обработки.
В-четвертых, требования к механическим свойствам изделия влияют на конструктивное проектирование форм. Изделия, которые должны выдерживать внутреннее давление или воздействие удара, требуют оптимизации распределения толщины стенки путем проектирования форм и улучшения структурной прочности посредством разумного закругления переходов и градиента толщины стенки. Эти требования будут отражаться на схеме проектирования форм, что влияет на форму полости и распределение толщины стенки.
2.2 Характеристики совместимости материалов и сжатия
Различным пластмасным сырьям присущи разные физические и химические свойства, которые оказывают важное влияние на выбор материала пресс-формы и проектирование размеров полости. В первую очередь, степень усадки разных материалов сильно варьируется. После того как пластиковый изделие остывает от температуры формовки до комнатной температуры, его размеры в определенной степени уменьшаются. При проектировании пресс-формы необходимо предусмотреть соответствующий запас усадки на размер полости в соответствии со скоростью усадки материала, чтобы гарантировать, что размеры изделия после охлаждения будут соответствовать требованиям проектировщиков.
Например, коэффициент сжатия HDPE обычно составляет от 1,5% до 3%, коэффициент сжатия PP колеблется в пределах от 1,2% до 2,5%, а коэффициент сжатия PETG составляет примерно от 0,2% до 0,8%. Если коэффициент сжатия не рассчитан правильно при проектировании формы, размер конечного продукта будет превышать допустимые границы и не сможет использоваться нормально. Для материалов с высоким коэффициентом сжатия и широким диапазоном колебаний также необходимо учитывать возможность оставления определенного регулировочного пространства в конструкции формы для упрощения последующей отладки технологического процесса.
Вторым фактором является коррозия и истирание разных материалов при контакте с формой. Например, материалы из ПВХ выделяют коррозионные газы в процессе обработки, что приводит к их коррозии в полости формы в течение длительного времени. Необходимо выбирать металл для форм, устойчивый к коррозии, или проводить антикоррозийную обработку поверхности. Что касается материалов, заполненных стекловолокном или минеральными наполнителями, то они имеют сильное изнашивание формы, поэтому для них необходимо выбирать материалы форм с высокой твердостью и износостойкостью или проводить обработку усиления поверхности.
Кроме того, температура и вязкость обработки различных материалов отличаются, а требования к структуре формы и отводу воздуха также отличаются. Материалы с высокой вязкостью требуют больших канавок для отвода, а материалы с высокой температурой обращения требуют высоких требований к термической стабильности формы.
2.3 Согласование параметров машины для экструзионно-выдувной литания
Формовая матрица должна идеально подходить к машине для экструзии и литья под давлением, чтобы в полной мере использовать свойства обоих устройств. Если матрица не совпадает с оборудованием, ее может не устанавливать вообще или после установки не добиться ожидаемого производственного эффекта. Центральные параметры, которые необходимо совместить, включают клиновую нагрузку, размер платы, расстояние между канатами, выход экструзии, систему литья под давлением и т. д.
Крепящая сила представляет собой максимальную крепящую силу, которую может обеспечить устройство. Во время прессования под давлением внутренний воздушный давление создает силу, которая заставляет две половины пресс-формы расширяться. Обеспеченная оборудованием сила крепления должна быть выше этой силы, в противном случае пресс-форма не будет надежно закрыта, что приведет к образованию искры и другим дефектам. Необходимая сила крепления зависит от площади нанесения изделия на раздельную поверхность пресс-формы и давления, при этом чем больше размер изделия и выше давление, тем выше необходимая сила крепления. При выборе пресс-формы необходимо рассчитать необходимую силу крепления и убедиться, что она находится в пределах допустимого диапазона сил крепления оборудования.
Размеры плиты и положение отверстия для монтажа определяют, может ли пресс-форма быть надежно закреплена на оборудовании. Нижняя часть пресс-формы должна подходить к размеру плиты. Она не должна быть слишком маленькой, чтобы вызывать нестабильное крепление, но также не должна быть слишком большой, чтобы выходить за пределы диапазона плиты. Отверстия для крепления на пресс-форме должны соответствовать положениям паза или отверстия для болтов на плите оборудования, чтобы ускорить установку.
Расстояние между направляющими ремней относится к расстоянию между четырьмя направляющими ремнями клепальной установки, которое определяет максимальный внешний размер пресс-форм, которые могут быть установлены. Ширина и высота пресс-форм должны быть меньше указанного расстояния, иначе пресс-форму невозможно поместить между направляющими ремнями для установки. Многие предприятия игнорируют этот параметр при покупке пресс-форм, что приводит к тому, что пресс-форма слишком велика для установки на существующем оборудовании, что несет экономические потери.
Кроме того, скорость подачи экструзионных материалов оборудования должна соответствовать общей массе изделий, производимых за один цикл прессования. Если общая масса изделий за один цикл прессования слишком велика, а скорость подачи материала экструзионного оборудования недостаточна, время экструзии полуфабриката будет слишком продолжительным, что продлит цикл формования и снизит производительность. Если общая масса изделий слишком мала, скорость экструзии будет слишком высокой, что усложнит контроль качества полуфабриката. Система надувания оборудования, включая надувное давление, скорость подачи воздуха и режим надувания, также должна соответствовать дизайну пресс-форма, чтобы обеспечить эффективность надувания.
2.4 Объем производства и гибкость производственных партий
Масштаб производства и характеристики партий продукции также являются важными факторами, которые следует учитывать при выборе формы. Для массового производства одного вида продукции следует отдавать предпочтение многокамерным формам с высокой производительностью и долговечными материалами, чтобы максимально повысить эффективность производства и снизить себестоимость единицы продукции. Несмотря на то, что первоначальные инвестиции в такие формы относительно высоки, затраты можно быстро окупить посредством массового производства, а долгосрочная выгода будет выше.
Для режима производства небольших партий и различных марок предпочтительнее выбирать однокамерные штампы с простой конструкцией и низкими затратами. Однокамерный штамп обладает низкой стоимостью производства, коротким сроком разработки и удобен для замены продукта, что лучше соответствует гибким производственным требованиям множества марок. Что касается выбора материала, можно также выбрать материал низшего класса, чтобы сократить первоначальные вложения. Если продукт обновляется быстро, а процесс устранения штампа происходит быстро, нет необходимости выбирать материал для штампа с чрезмерно долгим сроком службы, что будет вызывать ненужное отходование ресурсов.
Кроме того, следует учитывать будущий производственный план. Если ожидается динамичный рост спроса на товар в следующие несколько лет, при выборе формы можно оставить определенную резерву, или напрямую выбрать многокамерную форму, чтобы удовлетворить будущий спрос на мощность, избегая повторных вложений, связанных с приобретением второстепенной формы. Если продукт еще находится на стадии верификации на рынке, вы можете сначала сделать простую пробную форму для небольшoго партии пробного производства, а затем открыть официальную форму массового производства после того, как схема продукта стабилизируется, чтобы сократить расходы на пробу и ошибку.
2.5 Бюджет и общая стоимость владения
Бюджет является одним из важных ограничений при выборе форм. Многие предприятия уделяют внимание только первоначальным затратам при покупке форм и выбирают самую дешевую схему, но игнорируют стоимость длительного использования, в результате чего общие затраты владения в течение всего жизненного цикла форм становятся более высокими.
Общая стоимость владения пресс-формой включает не только первоначальную стоимость приобретения, но также последующие расходы на обслуживание, ремонт, замену и влияние на эффективность производства и производительность продукции. Дешевая пресс-форма с низким качеством может иметь такие проблемы, как короткий срок службы, высокий процент неисправностей и высокий процент брака в процессе последующей эксплуатации. Стоимость обслуживания и убытки, связанные с бракованной продукцией в течение нескольких лет, могут значительно превышать ценовую разницу при покупке. Напротив, высококачественная пресс-форма с незначительно более высокой стоимостью имеет длительный срок эксплуатации, низкий уровень неисправностей, стабильное качество продукции и высокую производительность, а её долгосрочная комплексная выгода значительно выше.
Поэтому при выборе пресс-форм следует использовать как критерий оценки общую стоимость владения в течение всего срока службы, а не только начальную цену приобретения. Оценивайте отношения между початковыми вложениями и долговременными преимуществами и выбирайте наиболее рентабельную схему в рамках бюджетных возможностей. Для проектов длительной массового производства следует должным образом увеличить изначальные вложения и выбрать качественные пресс-формы, которые могут обеспечить более значительные доходы на последующем этапе.
3. Основные элементы конструкции высококачественных форм для выдувания
3.1 Конструкция камеры и линий шлифования
Камера – это основная часть формы, и ее качественная конструкция напрямую влияет на форму и качество изделия. При проектировании камеры первым шагом является разумный выбор положения линии перепада. Линия перепада – это линия соединения двух половин формы, и ее положение влияет на внешний вид изделия, трудность извлечения его из формы и расходы на обработку формы.
Принцип выбора линии шлифования состоит в том, чтобы разместить ее в позиции с наибольшим контуром продукта, чтобы обеспечить гладкое демонтирование. В то же время необходимо размещать линию шлифования в неосвещаемой позиции продукта, чтобы не влиять на качество внешнего вида. Для продуктов с высокими требованиями к внешнему виду линия шлифования может быть размещена по краю или дну продукта, чтобы уменьшить видимое влияние. Кроме того, линия шлифования должна быть спроектирована как можно более просто, чтобы избежать слишком сложной криволинейной формы, которая повышает сложность обработки и сопряжения и увеличивает стоимость.
Угол зазора – еще один важный параметр проектирования полости. В результате охлаждения материалов возникает усадка, в результате чего изготовленная продукция плотно прилегает к полости впрессовочной формы после ее формирования. Угол зазора гарантирует, что извлечение продукции из полости может производиться с минимальным повреждением поверхности или даже без ее заклинивания. Размер угла зазора следует определять в зависимости от особенностей материала, высоты продукции и степени шероховатости поверхности. В целом, угол зазора для изделий, получаемых путем ударно-литьевой формовки, составляет от 0,5° до 2°. Для материалов, обладающих высокой скоростью усадки и глубоких полостей, угол зазора следует увеличивать.
Все углы полости должны по возможности иметь гладкие переходные фаски, избегая острых углов. Острые углы не только легко вызывают концентрацию напряжения в изделиях, снижая их механическую прочность, но и могут вызывать концентрацию напряжения в самой формовочной конструкции, что влияет на срок ее службы. Рациональный дизайн фасок также может улучшить состояние течения паралона при вакуумировании, сделать распределение толщины стенок более равномерным и уменьшить явление локального чрезмерного уделения.
Точность размеров полости должна строго контролироваться в соответствии с требованиями допуска по продукту. Уровень точности обработки следует выбирать разумно в соответствии с спецификацией размера продукта и требованиями к допускам. Для совместимых деталей, таких как глотка и резьба, требуется более высокая точность обработки для обеспечения взаимозаменяемости и герметичности продукта. В то же время обработка поверхности полости должна определяться в соответствии с требованиями к внешнему виду продукта. Общие методы обработки поверхности включают механическое полирование, зеркальное полирование, пескоструйную обработку, импрегнирование текстуры, гравировку лазером и т. д. Различные процессы обработки имеют разные расходы и срок службы, и их следует выбирать в сочетании с требованиями к продукции и бюджетом.
3.2 Проектирование системы охлаждения
Система охлаждения является одной из наиболее важных частей формовочного станка, которая напрямую определяет длительность цикла формования и размерную стабильность изделия. Процесс охлаждения составляет более 60% всего цикла формования. Оптимизация системы охлаждения может значительно сократить время цикла и повысить эффективность производства.
Высококачественные пресс-формы обычно проектируются с помощью симуляции охлаждения посредством специализированного программного обеспечения для термоанализа в этапе проектирования для прогнозирования распределения температурного поля и эффекта охлаждения, оптимизации расположения каналов для воды и предотвращения проблем, которые обнаруживаются только после пробной серийной продукции, тем самым экономя время и затрачиваемые на модификацию пресс-форм средства.
Для крупных и сложных форм можно использовать конструкцию с разделением охлаждения, чтобы разделить форму на несколько независимых зон охлаждения, каждая из которых имеет отдельный вход и выход воды. Путем регулирования течения и температуры воды в разных зонах можно обеспечить точную регулировку температуры каждой детали и еще больше улучшить однородность охлаждения. Для деталей с толстыми стенками и медленным рассеиванием тепла можно соответствующим образом увеличить плотность водяных каналов, что позволит усилить охлаждение и обеспечить равномерность скорости охлаждения каждой детали.
В целом использование высококачественных пресс-форм может повысить годовую всестороннюю прибыль на 33 750 долларов США, в то время как первоначальные инвестиционные отличия составляют лишь 4 000 долларов США. Дополнительные инвестиции могут быть окупированы менее чем за 1,5 месяца, а показатель доходности инвестиций очень высок. Поэтому для проектов долгосрочной массовой продукции выбор высококачественных пресс-форм является очень рентабельным вложением.
Высококачественные формы, как правило, проектируются с расчетом охлаждения с помощью профессионального программного обеспечения для теплового анализа на стадии проектирования, чтобы предсказать распределение температурного поля и эффект охлаждения, оптимизировать расположение водных каналов и избежать проблем, выявляемых только после пробного производства. Это сокращает время и затраты на модификацию формы.
3.3 Exhaust System Design
Вытяжная система – очень важная, но часто игнорируемая часть форм для экструзионного формирования. Во время процесса формовки необходимо быстро удалять из камеры воздух, который ранее содержался в ней вместе с расширяющимся отливным продуктом. Если вытяжка не ровная, воздух будет задерживаться в камере, из-за чего формирование изделия будет неполным, на поверхности появятся вмятины, места обгорания и другие дефекты, которые существенно влияют на внешний вид и качество изделия.
Самым распространенным структурным компонентом выдувания является канавка для выдувания, расположенная вдоль линии шлифования. Этот канал выдувания обычно обработывается по одному из сторон линии шлифования, глубина которого составляет обычно 0,05 мм – 0,2 мм, а ширина – 5 мм – 20 мм. Точные размеры зависят от вязкости пластика. Материалы с низкой вязкостью требуют более тонких каналов выдувания, чтобы избежать вспарывания. Кроме линии шлифования в камере, на местах максимальной высоты и в местах, где воздух легко задерживается, можно установить выдующие заглушки или вставки для усиления эффекта выдувания.
Для больших форм или изделий с сложной формой в подходящих позициях можно использовать пористые выпускные диски, или в качестве локальных вставок можно использовать дышащую сталь, которая обладает великолепным эффектом вытяжки. Дышащая сталь имеет бесчисленное количество мельчайших пор внутри, которые могут пропускать воздух, но не расплавленный пластик, и имеет очень хороший эффект вытяжки. Однако стоимость дышащей стали высока, а после длительного использования она может забиваться, поэтому требует регулярного обслуживания.
При проектировании системы вытяжки следует разумно определять положение и размеры отводов в соответствии с формой изделия и характеристиками материала, чтобы гарантировать, что весь воздух в полости может быть плавно удаляться в процессе формования. При этом следует следить за тем, чтобы углубления для отвода не оставляли явных следов на поверхности изделия, влияющих на качество внешнего вида.
3.4 Структура штампа и инициирования формы
В процессе экструзионного литьевого формования под разделительной линией формируется определенное количество излишков материала, называемого «заломкой», который необходимо удалить в последующем процессе. Структура ландшафта заломки на формочку играет роль в зажиме заготовки и контроле толщины заломки, что напрямую влияет на качество обрезки и коэффициент использования материала.
Термин «переливная зона» относится к надавливающей поверхности по краю полости на разделительной поверхности, имеющей определенную ширину. При затвоении формы избытки полуфабриката сжимаются между переливными зонками двух половин формы, в результате чего образуется тонкий перелив. Ширина и зазор переливной зоны должны быть рассчитаны разумно. Слишком широкая переливная зона увеличивает расход материала, а слишком узкая может привести к недостаточному зажиму и серьезным брызгам на изделии.
Для продуктов, требующих высокого внешнего вида, положение вспышек может быть спроектировано с использованием структуры режущего края для отсечения вспышек во время закрытия форм, таким образом, что на готовых изделиях практически нет остатков вспышек после разборки форм, что снижает загрузку последующей точечной обрезки. Однако структура режущего края имеет строгие требования к точности обработки форм и точности закрывания форм, а стоимость ее относительно высока.
Кроме того, дно пресс-формы обычно проектируется с конструкцией резания отходов, чтобы отрезать излишки материала внизу изделия. Режущая кромка должна иметь достаточную твердость и остроту, чтобы обеспечить ровный и без бугорков разрез. Конструкция этих структур подрезки напрямую влияет на эффективность последующей обработки и качество готовой продукции, и является важным элементом дизайна пресс-формы, который нельзя игнорировать.
4. Выбор материала для пресс-формы и сравнение его характеристик
4.1 Общие марки и характеристики стали для форм
Выбор материала пресс-формы напрямую влияет на срок службы, точность обработки, стоимость обслуживания и цену пресс-формы. Основные материалы, используемые для изготовления пресс-форм для формования пузырьком, включают углеродистую конструкционную сталь, легированную конструкционную сталь, нержавеющую сталь, алюминиевую лигатуру и др. Различные материалы имеют значительные различия в твердости, износостойкости, устойчивости к коррозии, теплопроводности и цене.
Обычная углеродистая сталь, представленная сталью 45#, является наиболее экономичным материалом для отливок. Она обладает умеренной прочностью, хорошей обратимостью и низкой ценой, однако ее твердость и износостойкость в целом средние, и она легко ржавеет и деформируется. В основном она используется для натурных прототипов, пресс-форм для небольших партий производства или крупных деталей, не испытывающих повышенного нагружения. Срок службы пресс-форм из стали 45# обычно составляет от 100 000 до 300 000 выстрелов, что подходит для изделий с коротким сроком службы и низкими требованиями к качеству.
Высококачественная пластичная пресс-форма из шлифованной стали P20 используется наиболее широко для изготовления пресс-форм для формования пузырьком. Она обладает хорошими комплексными характеристиками, устойчивой твердостью после предварительно упрочняющей обработки, хорошей обрабатываемостью и полировочными свойствами, а также определенной износостойкостью и устойчивостью к коррозии. Продолжительность службы пресс-форм из стали P20 может достигать 300,000 – 800,000 выстрелов, что может удовлетворять потребностям большинства обычных массовых производств. Цена умерена, а соотношение цены и качества очень высоко. Это предпочтительный материал для большинства пресс-форм для изготовления бутылок потребительских товаров и для промышленных бочек.
При более высоких требованиях можно выбрать сталь С136 и другие антикоррозионные литейные стали. Эта сталь имеет высокое содержание хрома, отличную коррозионную стойкость и полирующие свойства, может обеспечивать очень высокий зеркальный эффект и подходит для производства высокоглянцевых прозрачных изделий и изделий с высокими требованиями к внешнему виду. В то же время она может противостоять коррозии агрессивных газов, выделяемых такими материалами, как PVC, и облегчают срок службы форм, который может достигать более 1 миллиона выстрелов. Однако цена стальной С136 намного выше, чем цена P20, которая подходит для производства высококачественных продуктов с высокими требованиями к качеству и длительным срокам службы.
Кроме того, существуют стальные пресс-формы, такие как Cr12MoV, имеющие более высокую твердость и лучшую устойчивость к износу, которые используются в деталях пресс-форми, которые легко изнашиваются, таких как режущие кромки, с целью продления срока службы уязвимых деталей.
3.2 Формы из алюминиевого сплава: преимущества и ограничения
Алюминиевый сплав является еще одним распространенным материалом для ударных форм, который славится своей небольшой массой и высокой теплопроводностью. Теплопроводность алюминиевого сплава в несколько раз превышает показатель стали, поэтому эффект охлаждения очень хороший, что существенно сокращает период литья и повышает эффективность производства. В то же время, алюминиевые сплавы имеют небольшой вес, легко устанавливаются и настраиваются и не требуют высокой прочности машинной шаблоны.
Пресс-формы из алюминиевого сплава легко обрабатывать и имеют короткие циклы производства, что позволяет сократить цикл разработки продукции. Они идеально подходят для пробной производства нового продукта и производства небольших партий различных видов. Цена пресс-форм из алюминиевого сплава, как правило, ниже, чем у форм из легированной стали с аналогичными параметрами, а первоначальные инвестиции небольшие.
Однако литые формы из алюминиевых сплавов также имеют очевидные ограничения. Во-первых, их твердость и износостойкость низки, а поверхность легко царапается и изнашивается. Срок службы обычно составляет всего от 20 000 до 200 000 выстрелов, что не подходит для длительного массового производства. Во-вторых, алюминиевые сплавы имеют низкую прочность и склонны к выпадению и деформации под воздействием большой силы зажима, поэтому они не подходят для крупных форм для высоконапорного литья под давлением. Кроме того, на поверхности форм из алюминиевых сплавов нелегко наносить текстурированную эмаль и другие обработки, а методы обработки поверхности ограничены.
Поэтому пресс-формы из алюминиевых сплавов чаще всего используются для пробной продукции, производства небольших партий или изделий с низкими требованиями к качеству поверхности и сроку службы. Для длительного массового производства стальные пресс-формы все еще являются более надежным выбором.
4.3 Процесс обработки поверхности для повышения производительности пресс-форм.
На основе выбора подходящего базового материала можно еще более улучшить рабочие характеристики формы путем обработки поверхности, в том числе повышения твердости поверхности, износостойкости, стойкости к коррозии и производительности выплавки. Общие процессы обработки поверхности включают нитридирование, хромирование, никелирование, ПХХ-нанесение и др.
Нитридное покрытие формирует высокопрочный нитридный слой на поверхности пресс-формы, который может значительно улучшить твердость и износоустойчивость поверхности пресс-формы, а также повысить стойкость к усталостным нагрузкам. Нитридный слой имеет хорошую сцепку с основным материалом и легко не отслаивается. Это очень эффективный метод усиления покрытия. После обработки нитридом срок службы пресс-формы из стали P20 может быть увеличен более чем на 50%.
Обработка хромированием создает твердый хромированный слой на поверхности форм, что улучшает прочность, износостойкость и устойчивость к коррозии одновременно. Хромированная поверхность гладкая и яркая, что может улучшить блеск поверхности продукта и имеет определенный эффект отхоя. Однако слой хромирования может отслаиваться после длительного использования, и проблема экологической защиты процесса хромирования также требует внимания.
Покрытие ПВД с физическим испарением является более современной технологией обработки поверхности, которая может формировать на поверхности пресс-формы слой супертвердых покрытий, таких как ТиН и ТиЦН. Покрытие имеет чрезвычайно высокую твердость и отличную устойчивость к изнашиванию, а коэффициент трения низкий, что обеспечивает хороший эффект размещения. ПВД-покрытие тонкое и не влияет на точность размеров пресс-формы. Оно подходит для высокоточных пресс-форм, однако стоимость обработки относительно высока.
При выборе методов обработки поверхности необходимо всесторонне рассмотреть исходя из материала продукта, требований к качеству и партии производства, чтобы добиться оптимального баланса между производительностью и стоимостью.
5. Руководство по подбору между машинами для экструзии под давлением Apollo и форм
5.1 Принципы подбора для различных серий машин
Компания «Аполло» производит полный спектр экструзионных машин для литьевой формовки, от небольших одностворчатых машин до крупных многостворчатых высокоскоростных машин, которые могут использоваться для широкого спектра применений. Различные серии машин имеют различные параметры и различные требования к совместимости пресс-форм.
Для небольших и средних машин для экструзионного формования, которые преимущественно используются для выплавки 10-ml и 20-литровых пакетировочных бутылок и предметов домашнего обихода, сила захватывания обычно составляет от 5 до 50 тонн. Этот тип машин подходит для одно- и многокамерных форм. При выборе многокамерных форм необходимоEnsure, чтобы общая проекционная площадь всех камер не превышала допустимого диапазона силы захватывания, а общая величина форм соответствовала требованиям расстояния между боковыми ребрами. Для высокоскоростных машин с двумя станциями скорость открытия и закрытия форм высока, поэтому вес форм следует контролировать в разумных пределах, чтобы избежать чрезмерной инерционности, влияющей на стабильность работы.
Для крупных машин для ударного литья, которые используются для производства от 50 до 200 литров промышленных бочек, бочек IBC тонны, автозапчастей и т. д., сила зажатия может достигать сотен тонн. Обычно такие машины оснащены большими пресс-форм с одним полостью. При проектировании пресс-формы следует в полном объеме учитывать несущую способность шаблона и распределять вес форм равномерно. Кроме того, пресс-форма должна иметь достаточную жесткость, чтобы избежать деформации под воздействием высокой силы зажатия, что может привести к образованию флата и другим проблемам. Большие пресс-формы имеют высокие требования к системе охлаждения, и их следует совместить с интерфейсом циркуляционного контура охлаждающей воды оборудования, чтобы обеспечить достаточный расход охлаждающей воды.
Для полностью автоматизированных многопостных вертикальных формовочных машин пресс-форма должна вращаться на поворотном столу, поэтому размер и масса пресс-формы должны четко соответствовать установке и несущей способности поворотного стола. Точность позиционирования установки пресс-формы должна быть гарантирована, чтобы обеспечить точное закрывание пресс-формы на каждом поста. При этом режимы соединения воздушного и водного циркулирования должны быть унифицированы для реализации автоматического подключения.
Технический отдел компании «Аполлон» может предоставить клиентам профессиональные рекомендации по подбору пресс-форм. Перед тем как клиенты изготовляют пресс-формы, они могут предоставить подробные размеры установки оборудования и спецификации параметров, чтобы помочь в проектировании пресс-форм и обеспечить идеальное соответствие между пресс-формами и оборудованием.
5.2 Диапазон цен на формы с различными характеристиками
Цена пресс-форм для экструзии широко варьируется в зависимости от размера изделия, сложности, материала, количества камер и требований к точности. Ниже приведены ценовые диапазоны общепринятых типов пресс-форм для отжима для справки.
Для фom форм для небольшой упаковки объемом менее 1 л, изготовленных из стали 45# с однокамерной конструкцией и обычной точности, цена составляет примерно 1500-3000 долларов США за комплект. Если они изготовлены из стали P20 с полировкой в зеркальном отражении и с двумя полости, то цена составляет примерно 4000-7000 долларов США за комплект. Для высокоскоростных выпуклых форм с высокоточной резьбой и материалом S136 цена может составлять 8000-15000 долларов США за комплект.
Для средних по размеру моделей профилей с емкостью от 5 л до 30 л, таких как бочки для моющего средства и бочки для химикатов, пресс-форма из стали P20 стоит около 6000-12000 долларов США за комплект. Если она оборудована механизмом подталкивания ядра гидравлическим образом и другими механизмами, то ее цена увеличивается на 30-50% на основании основной пресс-формы. Для типовых баков с химикатами объемом 20 л со зрелостью конструкции цена относительно прозрачна, обычно составляет 8000-10000 долларов США за комплект.
Для больших форм для изготовления продукции объемом от 100 до 200 л, таких как двойные кольцевые формой из бункера объемом 200 л, из-за большого размера и высоких требований к прочности конструкции цена форм из стального П20 с однокамерой составляет около 25 000-45 000 долларов США за комплект. Если они сделаны из более высококачественных материалов и имеют систему охлаждения с более высокой конфигурацией, цена может достигать 50 000-70 000 долларов США. Для больших форм с более сложной структурой, таких как топливные баки автомобилей, цена выше, обычно более 80 000 долларов США, в зависимости от конкретной сложности конструкции.
Стоит отметить, что приведенные выше цены являются лишь базовыми ценами на основные части пресс-форм. Если к цене добавляются специальная обработка поверхностей, система горячих каналов, автоматический механизм разбрызгивания и другие конфигурации, потребуются дополнительные расходы. В то же время уровень цен различных заводов по изготовлению пресс-форм тоже сильно отличается. Рекомендуется всесторонняя оценка технических возможностей, точности обработки и послепродажной поддержки поставщика, а не только цены.
5.3 Анализ окупаемости инвестиций в высококачественные штампы
Несмотря на то что высококачественные пресс-форми требуют более высоких начальных инвестиций, они могут приносить больше доходов при долгосрочном производстве. Ниже приведен пример производства 1-литровых бутылок с моющим средством для сравнения отдачи от инвестиций в обычные пресс-формы и высококачественные пресс-формы.
Предположим, завод использует высокоскоростную станочную машину для экструзии с 4 осевыми узлами и 4-камерной прессформой для изготовления бутылок с моющим средством из ПЭТВ-1 л. Годовая производительность составляет 7000 часов. Обычная прессформа из стали 45# стоит 5000 долларов США, цикл литья составляет 12 секунд, коэффициент пригодности продукции составляет 90%, а срок службы прессформы — 200 000 циклов. Прессформа из высококачественной нержавеющей стали P20 стоит 9000 долларов США, цикл литья составляет 10 секунд благодаря лучшему дизайну охлаждения, коэффициент пригодности продукции составляет 98,5%, а срок службы прессформы — 800 000 циклов.
В отношении эффективности производства обычная пресс-форма производит 1200 шт. в час, а пресс-форма высокого качества — 1440 шт. в час. Пресс-форма высокого качества производит на 240 штук больше в час, а ежегодный объем производства увеличивается на 1 680 000 штук. Рассчитанная за основу на чистую прибыль в размере 0,01 доллара США за штуку, годовая прибыль увеличивается на 16 800 долларов США.
В плане экономии исходного оборудования высококачественная пресс-форма снижает долю брака на 8,5%, экономя около 119 000 штук исходного материала каждый год и сокращая затраты на исходные материалы примерно на 5 950 долларов США, учитывая стоимость исходного материала в 0,05 долларов США за штуку.
В плане затрат на замену форм обычная форма должна заменяться 4 раза в год, при этом годовой затрат на форму составляет 20 000 долларов США. Высококачественная форму заменяется один раз в год, при этом годовой затрат на форму составляет 9 000 долларов США, что позволяет экономить 11 000 долларов США за счет затрат на форму ежегодно.
В целом, использование высококачественных форм позволяет каждый год получать совокупную выгоду примерно в размере 33 750 долларов США, при этом первоначальная инвестиция отличается всего лишь на 4 000 долларов. Прирост инвестиций можно вернуть в течение менее 1,5 месяца, а отдача от инвестиций очень высока. Поэтому для долгосрочных проектов массового производства выбор высококачественных форм является очень выгодной инвестицией.
6. Частые ошибки, которых следует избегать при закупке пресс-форм
6.1 Обращать внимание только на цену и игнорировать соответствие качества
Наиболее распространенная ошибка при закупке пресс-форм состоит в том, что внимание обращается только на цену и выбирается самый дешевый поставщик, игнорируя качество обработки, подлинность материала и структурную обоснованность пресс-формы. Недорогие пресс-формы обычно экономят на материалах, термической обработке, технологиях обработки и других аспектах. Фактический срок службы намного ниже ожидаемого, а в процессе производства легко возникают проблемы с качеством, что приводит к высокой частоту брака и частым закрытиям производства для обслуживания.
Многие предприятия рассчитывают только стоимость одного разового заказа и не учитывают потерь, вызванных остановкой производства, неисправностью продукции и частой заменой форм. На самом деле, потери, вызванные набором некачественных форм в производственном процессе, часто оказываются гораздо выше стоимости, сэкономленной при приобретении. При выборе поставщиков форм следует проверить их способность проектирования, оборудование для обработки, систему контроля качества и предыдущие случаи, а также выбрать поставщиков с хорошей репутацией и передовой технологией, а не просто сравнивать цены.
6.2 Неправильное сопоставление с уже существующим оборудованием.
Еще одной распространенной ошибкой является игнорирование параметров соответствия с существующей машиной для литье-формовки при кастомизации пресс-форм. Многие клиенты предоставляют заводам-изготовителям лишь рисунки изделия и позволяют заводу самостоятельно разработать пресс-форму, не предоставляя конкретных параметров оборудования. В результате изготовленная пресс-форма не может быть установлена на существующее оборудование, или после установки не может достичь ожидаемого производственного эффекта.
К распространенным не соответствующим ситуациям относятся: размер формы превышает зазор между шарнирными планками и не позволяет установить форму; положение монтажного отверстия не соответствует шаблону; требуемая сила зажима превышает номинальную силу зажима оборудования; интерфейс охлаждающей воды формы не совпадает с трубопроводом оборудования; интерфейс формовки не соответствует и т. п. Все эти проблемы приводят к невозможности нормального использования формы, а стоимость и время переработки и модификации являются очень высокими.
Поэтому при настройке форм обязательно предоставьте фабрике по производству форм подробное руководство по параметрам машины для экструзионной формовки, включая размер плиты, зазор опорного троса, размер и положение монтажных отверстий, силу зажима, интерфейс циркулирующего воздушного потока, интерфейс охлаждающей воды и др. Если необходимо, вы можете привлечь производителя оборудования для рассмотрения схемы форм с целью обеспечения соответствия между формой и оборудованием. Компания Apollo предоставляет бесплатную услугу по рассмотрению схемы форм покупателям, купившим оборудование данной компании, чтобы помочь клиентам избежать рисков несовместимости.
6.3 Несоблюдение требований к ремонтопригодности и послепродажному обслуживанию
Многие предприятия при покупке обращают внимание только на начальные параметры пресс-формы и игнорируют последующую ремонтопригодность и послепродажное обслуживание. Пресс-форма неизбежно изнашивается и выходит из строя в процессе эксплуатации и требует регулярного обслуживания и ремонта. Если структура пресс-формы нерациональна и трудна для разборки и обслуживания, или поставщик не может обеспечить своевременное послепродажное обслуживание и поставку запасных частей, это может привести к длительному простою и нанести серьезный ущерб производству.
При выборе форм следует учитывать удобство последующего технического обслуживания, легкость замены уязвимых деталей, универсальность изделий. При этом следует выбирать поставщиков форм, которые имеют отличные возможности послепродажного обслуживания, предоставляющие своевременное обслуживание, ремонт и модификации. Для зарубежных покупателей особенно важно выбрать поставщиков, которые обеспечивают свою работу за пределами страны или подключают на свои оборудования качественные системы технической поддержки.
7. Ежедневное техническое обслуживание и продление срока службы форм для выдувания
7.1 Daily Inspection and Regular Maintenance System
Создание научной системы обслуживания форм является ключом к продлению срока службы формы и обеспечению стабильного качества продукции. Ежедневное обслуживание формы включает проверку перед использованием, техническое обслуживание в процессе эксплуатации и обслуживание после остановки.
Перед началом производства каждый день проверяйте состояние стенок полостей пресс-формы, соответствие канала для охлаждающей воды, наличие смазки цилиндрических направляющих и крепежных элементов. После подтверждения, что проблем нет, прогрейте пресс-форму и затем вступайте в официальное производство. Во время производственного процесса регулярно проверяйте качество продукции, оценивайте, есть ли износ или повреждение пресс-формы, по состоянию напластования, качеству поверхности и изменению размеров продукта. При обнаружении аномальных условий в установленное время прекратите работу машины для проверки.
После окончания производства тщательно очистите поверхность полости формы, чтобы удалить остатки пластмассы и грязь, а затем нанесите антикоррозийное масло, чтобы предотвратить ржавление формы во время хранения. Закройте клапан с охлаждающей водой и подсушите остаточное количество воды в водопроводе, чтобы предотвратить появление ржави в водопроводе. Для форм, которые в течение длительного времени хранятся в обычном положении, их следует правильно хранить в сухом и проветриваемом помещении и регулярно проверять на наличие ржавчины.
Регулярное техническое обслуживание следует производить в соответствии с количеством производства. Как правило, всеобъемлющее обслуживание проводится после каждого 100 000–200 000 выстрелов, включая разборку и очистку формы, проверку износа каждого элемента, замену уязвимых деталей, повторное полирование полости и т. д. Регулярное техническое обслуживание позволяет вовремя выявлять скрытые опасные моменты и избегать внезапных поломок в процессе производства.
7.2 Устранение распространенных неисправностей пресс-форм
При длительном использовании форм для литья могут возникать различные неисправности. Знание правильных методов устранения неполадок позволяет сократить потери времени. К наиболее распространённым проблемам относятся износ полостей, увеличение налепа, повреждение поверхности изделия, снижение охлаждающего эффекта и пр.
Износ поверхности полостей – естественное явление в процессе длительного производства, что приводит к ухудшению блеска поверхности изделия и даже к появлению явных царапин. При небольшом износе поверхность можно заново отполировать, чтобы восстановить качественное покрытие. При серьезном износе или локальном повреждении для ремонта можно использовать сварку и последующее полирование. Если размер вышел из допуска из-за серьезного износа, необходимо рассмотреть вопрос об износе и переработке.
Увеличение деформации, как правило, происходит в результате износа разделительной поверхности или снижения силы зажима. Во-первых, проверьте, достаточна ли сила зажима оборудования. Если оборудование находится в нормальном состоянии, отшлифуйте разделительную поверхность пресс-формы, чтобы обеспечить плотное прилегание. Если разделительная поверхность серьезно изношена, можно выполнить ремонт сваркой или вставкой.
Ухудшение охлаждающего эффекта в большинстве случаев вызвано накапливанием накипи и закупоркой каналов охлаждающей воды. Для поддержания проточност водных каналов регулярно пользуйтесь специальными средствами для удаления накипи. Это позволит восстановить охлаждающий эффект. Если водный канал протекает, выявьте точку утечки своевременно и отремонтрите ее сваркой или заменой уплотнительного кольца.
