|
|
 |
Статьи, КОНСТРУКЦИЯ ПРЕСС-ФОРМЫ |  |
|
| |
 | | | В дополнение к измерительным приборам, наша компания занимается изготовлением пресс-форм для литья пластмасс, штампов для штамповки листового металла, а так же оказывает услугу по литью пластмасс на пресс-формах заказчика. По вопросам связанным с пресс-формами и штампами обращаться по тел: (495) 231-88-24 или skype: kip-centr или QIP(ICQ): 392-918-600. | | | | В дополнение к измерительным приборам, наша компания занимается изготовлением пресс-форм для литья пластмасс, штампов для штамповки листового металла, а так же оказывает услугу по литью пластмасс на пресс-формах заказчика. По вопросам связанным с пресс-формами и штампами обращаться по тел: (495) 231-88-24 или skype: kip-centr или QIP(ICQ): 392-918-600. |
| |
|
Статья
|
КОНСТРУКЦИЯ ПРЕСС-ФОРМЫ |
Т. А. Оссвальд, П. Дж. Грэманн
“Литье пластмасс под давлением”, С-Пб, “Профессия”, 2006г.
КОНСТРУКЦИЯ ПРЕСС-ФОРМЫ
Дж. Бемон
. Для каждого нового изделия, которое планируется отлить, необходимо иметь литьевую пресс-форму, сконструированную и изготовленную на заказ. Пресс-форма в сборе состоит из основы, матрицы, системы доставки расплава полимерного материала в формующую полость, системы охлаждения расплава, поступившего в полость, а также устройств извлечения отливки. Время, протекающее с момента начала подачи расплава в форму до извлечения готового изделия, называется циклом литья. В целях повышения производительности литьевая пресс-форма может быть оснащена несколькими формующими полостями (гнездами), что позволит производить несколько изделий за один цикл. Распространены литьевые формы, имеющие 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128 полостей. Несмотря на то что для производства каждого нового изделия требуется индивидуальный набор пуансонов, формующих полостей, оформляющих вкладышей (знаков), существуют и «модульные» формы. Модульные формы обеспечи¬вают возможность замены пуансонов, формующих полостей и рабочих деталей, что дает возможность получать различные отливки, используя одну и ту же основу. Кроме того, существуют и многогнездные литьевые формы, которые имеют формующие полости различной конфигурации, что позволяет производить разные изделия за один цикл литья. Литьевые формы обычно выполняются с допуском до ±0,005 мм (0,0002 дюйма) и должны быть достаточно долговечными, чтобы выдерживать тысячи и даже миллионы циклов литья.
. Литьевые формы должны отвечать следующим требованиям:
• иметь набор пуансонов, матриц и знаков, определяющих конфигурацию отливки;
• обеспечивать доставку расплава из материального цилиндра литьевой машины в формующие полости;
• действовать как теплообменники, обеспечивающие быстрое и равномерное охлаждение изделия;
• обеспечивать извлечение готового изделия из формы;
• обладать прочностными характеристиками, позволяющими выдерживать как внутреннее давление расплава, потенциально способное превышать 2000 бар, так и сжимающее усилие узла смыкания, которое обычно может достигать нескольких тысяч тонн; кроме того, нагрузки, испытываемые литьевой формой, являются циклическими, что существенно сокращает срок службы каждого из ее элементов;
• для многогнездных форм необходимо обеспечить однотипность всех полостей по размерам и свойствам металла, а также обеспечить равномерное поступление расплава и равномерное охлаждение.
. Хотя практически все формы конструируются и производятся на заказ, существуют некоторые стандартизованные компоненты и основы форм. Как правило, они
могут быть закуплены по каталогу фирмы-производителя, а затем доработаны индивидуально. На рис. 8.1 представлена стандартизованная основа формы. Для нее можно индивидуально сконструировать пуансоны, выталкиватели, литниковую систему и каналы для охлаждающей жидкости.
. Существует множество типов литье¬вых форм и способов их идентификации. Обычно они идентифицируются по описанию (спецификации), которое может включать число формующих полостей, системы доставки расплава и выталкивания. По мере того как пресс-форма становится специализированной, спецификация становится все более развернутой. Данная глава содержит описания некоторых наиболее распространенных типов форм. Также будут рассмотрены их основные досто¬инства и недостатки, особенно касающиеся систем доставки расплава. Авторы сначала дают обзор конструкций традиционных холодноканальных форм из двух плит, а затем представляют другие типы литьевых форм и их некоторые отличительные характеристики.
8.1 Сборка стандартной формы
. Хотя единой стандартной сборной формы не существует, рис. 8.2 дает представление о чаще всего встречающихся конструкциях. Данный схематичный чертеж; представляет собой разрез, захватывающий наиболее важные детали сборной формы. Показана одна и та же пресс-форма в закрытом состоянии и в открытом с выдвинутым узлом: выталкивания. На рис. 8.2, b показаны две полуформы в открытом положении в момент извлечения отливки. Верхняя полуформа обычно называется «верхняя полуформа», «А-полуформа», «полуформа матриц», «неподвижная полуформа». Нижняя часть обычно называется «нижней полуформой», «В-нолуформой», «полуформой пуансонов», «подвижной полуформой» или «выталкивающей полуфор¬мой». Верхняя полуформа присоединена к неподвижной плите литьевой машины, а нижняя полуформа — к подвижной плите. Термином «полуформа пуансонов» обычно обозначается полуформа, имеющая выступающие участки, на которых фор¬мирующееся пластмассовое изделие будет усаживаться и к которой готовое изделие «прилипнет» к моменту открытия формы. Затем изделие сталкивается с полуформы с помощью какого-либо механического устройства. В некоторых случаях дополнительно используется продувка воздухом между поверхностью полуформы и отливкой.
. Как правило, А-полуформа состоит из подвижной плиты крепления и плиты матриц (обоймы матриц) (рис. 8.2). Матрица обычно устанавливается с обратной стороны плиты матриц и крепится болтами к обоим плитам вместе. Для высокопро¬изводительных форм настоятельно рекомендуется размещать систему охлаждения непосредственно в оформляющих знаках. Если этого не сделать, то теплоотвод от полимера должен будет осуществляться через поверхность границы между знаком и плитой, что может значительно ограничивать теплоперенос и привести к неравно¬мерному охлаждению формующих полостей и отливок.
Литниковая втулка обеспечивает перемещение расплава от узла впрыска к линии контакта матрицы и пуансона (линии разъема формы), откуда он направляется либо прямо в полость (в одногнездных формах), либо в литниковую систему много-гнездной формы. Литниковая втулка обычно закалена и имеет полированный суживающийся конический канал. Из-за высокой стоимости изготовления этой детали ее
обычно закупают у поставщиков стандартных компонентов форм. При конструировании формы конструктор должен указать размер центрального литникового канала (центрального литника), по которому втулку можно выбрать по каталогу поставщика. При открытии формы пластмассовый центральный литник извлекается из центральной втулки или обрезается.
. В-полуформа обычно содержит пуансон и систему выталкивания. Как правило, создается зазор, необходимый для обеспечения движения плиты хвостовика с присо¬единенными к ней толкателями. Плита хвостовика соединена с гидравлическим цилиндром. Для обеспечения гарантированного возврата плиты хвостовика при закрытии формы используются контртолкатели. В случае, если система извлечения не вернулась в исходное положение при закрытии формы, контртолкатели столкнутся с некритичными участками плиты матриц другой полуформы и сдвинут плиту и толкатели на место. Без контртолкателей пресс-форма могла бы закрыться с толкателями в выдвинутом положении — так можно повредить рабочие детали.
. При заполнении формы давление в формующей полости может легко достигать 700 бар, а потенциально может подниматься и выше 1380 бар. Такие давления будут заставлять пуансон и знаки двигаться назад. Для ограничения изгиба опорная плита должна быть достаточно толстой и по возможности больше опираться на опорные колонки. Они представляют собой стальные колонки, расположенные между плитой крепления и опорной плитой и проходящие через отверстия в плите хвостовика.
. В описание литьевой формы обычно включают комбинацию систем доставки расплава и выталкивания. Однако мы сфокусируемся на классификации форм с точки зрения систем доставки расплава, поскольку именно они являются основными для отливки полимерного изделия.
. В самом широком смысле формы можно разделить на «холодноканальные» и «горячеканальные». Холодноканальные формы, в свою очередь, делятся на формы с двумя или тремя плитами. Классификация горячеканальных форм более сложная. Обычно в описание включают два основных элемента горячеканальной литниковой системы (ГКС) — коллекторы и сопла. Эти элементы могут быть нагреваемыми, теплопроводящими или изолированными.
8.2 Холодноканальные формы
. Для термопластов термин «холодноканальная пресс-форма» относится к литьевым фор¬мам, в которых литниковый разводящий канал (литник) охлаждается, затвердевает и выталкивается вместе с отливками в каждом литьевом цикле.
8.2.1 Холодноканальная пресс-форма с двумя плитами
. Холодноканальная пресс-форма с двумя плитами является базовым И самым распростра¬ненным типом формы. Она наиболее проста и дешева в изготовлении. По сравнению
с горячеканальной она удобнее в эксплуатации и проще в обслуживании. Она легко приспосабливается к изменениям в окраске материала, поскольку литниковая сис¬тема и изделие охлаждаются и извлекаются в каждом цикле и при этом в форме не остается материала.
. Литьевая пресс-форма, представленная на рис. 8.2, имеет одну линию разъема — плос¬кость, которая открывается во время каждого цикла литья для удаления как цен¬трального литника, так и изделия. Линия разъема находится между полуформами матрицы и пуансона. На рисунке показан центральный литниковый канал, который обеспечивает прохождение расплава от узла впрыска до линии разъема. Здесь он со¬единяется с основным разводящим литником, который либо подает расплав прямо в формующую полость, либо разделяет его по другим разводящим и подводящим литникам, подающим расплав в несколько полостей.
. В случае одногнездной формы матрица обычно расположена по центральной оси формы, и расплав доставляется прямо в центр формующей полости. Это харак¬терно при производстве таких изделий, как, например, ведра, но, в принципе, цен¬тральный литниковый канал и формующая полость могут иметь любое взаимное расположение.
. В случае многогнездной формы центральный литник доставляет расплав в лит¬никовую систему для дальнейшего распределения по формующим полостям. Поскольку формующие полости и литниковая система находятся на одной линии разъ¬ема, места впуска ограничены периметром полости. Некоторую гибкость при размещении мест впуска обеспечивают специальные впускные литники.
. Холодноканальные литниковые системы (ХКС) имеют несколько преимуществ перед горячеканальными. Вследствие их простоты они более дешевы в изготовле¬нии. Кроме того, стоимость обслуживания ХКС ниже, так как в них нет нагревате¬лей, терморегуляторов или термопар. Работа с ними также намного проще, посколь¬ку нет необходимости обслуживать различные терморегуляторы или сталкиваться с многочисленными потенциальными проблемами, такими как «разбрызгивание» в месте впуска, застывание или засорение, подтекание, ухудшение свойств материа¬ла или образование пробок в коллекторе литниковой системы.
. Основной недостаток ХКС — необходимость иметь дело с застывшим разводящим литником. Он должен быть отделен от изделия для переработки или повторно¬го использования. Однако при дроблении материал может загрязниться посторон¬ними примесями, и, кроме того, здесь потребуются специальные грануляторы, а сле¬довательно, дополнительное обслуживание. Более того, вторичное сырье зачастую можно повторно использовать лишь в определенном соотношении с первичным сырьем. Если же требования к литому изделию не позволяют использовать вторич¬ный материал, литники продают или выбрасывают*.
. Поскольку вновь переработанный вторичный материал будет несколько отличаться от исходного, можно ожидать изменения процесса литья, свойств расплава и отливки. В зависимости от термостабильности полимера, требований к готовому изделию и организации производства использование вторичного сырья может быть как приемлемо, так и неприемлемо. Повторное использование дробленки из литников обычно не допускается при литье высокоточных изделий, а также изделий меди¬цинского и оптического назначения.
. Использование ГКС позволяет избежать подобных проблем. Кроме того, учиты¬вая, что время охлаждения центрального литникового канала влияет на время цик¬ла, использование горячеканальных форм позволяет его сократить. Например, по¬скольку центральный литник или литниковая система, заполняющие формующую полость при формовании тонкостенного изделия, должны иметь большой диаметр, перед выталкиванием требуется их охлаждение. Оно может быть продолжительнее, чем охлаждение отливки. Горячеканальная система исключает необходимость такой задержки, что снижает общее время цикла.
Другим важным ограничением для холодноканальной формы с двумя плитами является то, что она предоставляет меньшую гибкость при выборе расположения мест впуска. В такой форме места впуска должны находиться на краю или по пери¬метру отливаемого изделия. Такое ограничение иногда может привести к изгибу знака, захвату газа или нежелательным линиям спая.
8.2.2 Холодноканальная пресс-форма с тремя плитами
. Главное преимущество холодноканальной формы с тремя плитами (рис. 8.3) перед описанной выше состоит в том, что места впуска здесь не ограничиваются перимет¬ром полости изделия. По сравнению с ГКС формы с тремя плитами дешевле, относи¬тельно легки в работе, требуют менее высокой квалификации рабочих и обеспечива¬ют легкую смену цвета изделий.
. Формы с тремя плитами имеют вторую плоскость разъема, расположенную за плитой матриц. Вторая плоскость разъема между плитой матриц и неподвижной плитой крепления обеспечивает прохождение разводящего литника в этой плоскости формы в любом положении относительно изделия. После этого подводящий литник перемещает расплав из разводящего литника в требуемое место. Подводя¬щий литник присоединяется к изделию с помощью точечного литника.
. На рис. 8.4 показана трехплитная холодноканальная пресс-форма, где выталкивание изделия и разводящего литника начинается с первоначального открытия формы по первичной линии разъема между плитами пуансонов и матриц (рис. 8.4, этап 2). В положении, когда изделие полностью извлечено, тяга (А) начнет толкать плаваю¬щую плиту для открытия формы по второй линии разъема (рис. 8.4, этап 3). После открытия формы по второй линии разъема неподвижная центральная втулка с подрезающим устройством захватывает основание подводящего литника таким обра¬зом, что точечный литник отрывается от изделия. Как только пресс-форма достаточно открыта для полного освобождения подводящего литника, плита съема сдвигается вперед для его отрыва от центральной втулки (рис. 8.4, этап 4). В конструкции, пока¬занной на рис. 8.4, с помощью плиты съема извлекаются и отливка, и литники.
. Недостатком таких форм по сравнению с формами с двумя плитами является большая сложность формы, которая создает проблемы при техническом обслужива¬нии и в эксплуатации. Формы должны обеспечивать правильное открытие и его последовательность по первой и второй линиям разъема, включая выталкивание литни¬ков и отливки. Матрица должна быть способна к перемещению на направляющих ко¬лонках при открытии и закрытии формы. Такое число движущихся частей формы увеличивает проблемы, связанные с износом. Кроме того, из-за появления второй ли¬нии разъема возникает необходимость большего открытия формы, что увеличивает время цикла и требования к открытию формы (к ходу плиты машины). Поскольку расстояние для открытия по второй линии разъема ограничено, литник может за¬стрять между полуформами при извлечении.
. Другой недостаток: формы с тремя плитами обычно создают больший перепад давления при заполнении формы, чем любые другие, особенно горячеканальные. Наконец, конструкция впускных литников в форме с тремя плитами ограничена небольшими точечными литниками.
8.3 Горячеканальные формы
. Горячеканальной формой (рис. 8.5) называется пресс-форма, в которой разводящий лит¬ник остается расплавленным и не извлекается во время цикла литья. Наиболее цен¬ным достоинством ГКС по сравнению с ХКС является отсутствие разводящих литников, требующих соответствующего обслуживания, хранения или последующей утилизации. Отсутствие подобных литников позволяет сократить время пластика¬ции (время, требуемое для создания следующего объема для впрыска), кроме того, уменьшаются время охлаждения литниковой системы и требуемое усилие открытия формы.
Конструкция ГКС аналогична ХКС формы с тремя плитами: центральный лит¬никовый канал также проходит за плитой матриц, обеспечивая гибкость при выборе расположения места впуска. Однако это возможно без больших потерь давления, наблюдаемых в ХКС. Подобное преимущество достигается за счет использования больших каналов течения, чем обычно используемые в трехплитных холоднока-нальных формах. Горячие разводящие литники хорошо сочетаются также с двух¬этажными литьевыми формами, которые позволяют удваивать количество отливок без увеличения усилия смыкания.
. Описание и конструкции горячеканальиых форм очень сложны. ГКС состоит из двух основных частей: коллектора и системы сопел. Коллектор ГКС, находя¬щийся внутри Л-полуформы, доставляет расплав из сопла литьевой машины в избранные места за плитой матриц. Затем сопла ГКС обеспечивают прохождение расплава из коллектора прямо в формующую полость или через холодный разводящий литник, который может питать многогнездную форму (непрямая подача). Сопло ГКС обычно располагается под углом 90 град к коллектору ГКС и проходит за плитой матриц.
. Коллектор ГКС может быть либо нагреваемым, либо изолированным. Сопла ГКС бывают нагреваемыми, теплопроводящими или изолированными. Нагреваемый коллектор и каждое сопло имеют собственные нагреватель и регулятор температуры. Теплопроводящие сопла выполняются из материалов с высокой тепло¬проводностью, например, из бериллиевой меди, и проводят тепло от коллектора. Изолированная ГКС не имеет другого прямого источника тепла, кроме расплава по¬лимерного материала, протекающего через нее. Каждую из указанных систем мы опишем более подробно.
. В табл. 8.1 приведены примеры наиболее распространенных сочетаний коллекторов и сопел ГКС.
Из-за сложности ГКС большинство из них производится специализированными компаниями. Поэтому производители горячеканальиых литьевых форм обычно закупают стандартные комплектующие или целиком системы. Это сильно конкурентный рынок и между предлагаемыми на нем системами имеются серьезные различия. При обсуждении недостатков каждого типа ГКС следует понимать, что чаще всего компании, конструирующие их, также понимают эти проблемы и прилагают максимум усилий для их устранения.
* В настоящее время технологии литья позволяют использовать отходы (вторичное сырье) в полном объеме. — Примеч. науч. ред.
|
| |
|
|
|
| |
