Детали пресс-формы не кажутся такими уж загадочными, если вы разобрали несколько инструментов для ремонта. Ядро образует внутреннюю поверхность, полость образует внешнюю, а все остальное предназначено только для того, чтобы поддерживать эти две части или перемещать их. Но детали становятся беспорядочными в зависимости от того, что вы лепите и как долго должен прослужить инструмент.
Сталь P20 — это то, что большинство отечественных мастерских используют для изготовления инструментов общего назначения. Цена у Castle Metals составляет около 5,40 доллара за фунт, когда мы заказали 1800 фунтов в марте 2024 года. Он предварительно -закален до твердости 30 HRC, поэтому его можно обрабатывать без термообработки, что экономит недели от графика. Для основания формы среднего- размера, возможно, 18 x 24 дюйма, вам потребуется 400–500 фунтов стали только для блоков сердечника и полостей.
H13 стоит дороже и обрабатывается медленнее, но обеспечивает лучшую износостойкость. Мы используем его только в том случае, если клиент использует стекло-наполненные материалы или желает иметь срок службы более 200 тыс. циклов. Твердость после термообработки составляет около 50 HRC против 30 для P20, что означает твердосплавный инструмент и более медленную подачу. Электроэрозионная обработка становится необходимой для обработки любых мелких деталей, поскольку невозможно эффективно фрезеровать закаленную сталь.
Выталкивающие штифты кажутся простыми, пока они не становятся таковыми
Стандартные круглые выталкиватели от Progressive Components стоят примерно 8-12 долларов каждый, в зависимости от диаметра. Проблема не в стоимости, а в том, чтобы заставить их работать надежно в течение десятков тысяч циклов без истирания отверстия.
В прошлом году мы сделали инструмент для выталкивающих штифтов внутренней отделки автомобиля - 32, поскольку эта деталь имела сложную геометрию. После 8000 циклов периодически заклинивали шесть штифтов. Разорвал форму и обнаружил задиры на валах штифтов в том месте, где они проходили через пластину выталкивателя. Чистота канала ствола составляла 32 Ra, тогда как должна была быть 16 Ra или выше. Это наша вина за то, что мы не заметили этого во время приемки формы.
Исправили, вытянув все штифты, отполировав отверстия до 12 Ra и установив азотированные штифты. Азотированные штифты стоят около 14 долларов за штуку против 9 долларов за стандартные, но твердость поверхности подскакивает до 65 HRC. Инструмент выполнил еще 40 000 циклов, прежде чем мы обнаружили какие-либо проблемы.
Выталкиватели лезвий отличаются - вы используете электроэрозионную обработку нестандартной формы вместо использования круглой заготовки. Это занимает вечность и стоит соответственно. Сделал комплект для корпуса батареи, время обработки которого составило 2100 долларов, тогда как общая стоимость круглых штифтов составила бы около 400 долларов. Но круглые штифты не подошли бы к глубоким ребрам в этой части.
Каналы охлаждения имеют гораздо большее значение, чем думают люди
Время цикла в основном зависит от того, насколько быстро вы можете охладить деталь. Мы измерили это на полипропиленовом корпусе с толщиной стенки - 8 мм и температурой формы 180 градусов F. При использовании охлаждающих линий диаметром 3/8 дюйма, расположенных на расстоянии 1,2 дюйма от поверхности полости, время охлаждения составило 38 секунд. Расстояние между строками увеличено до 0,7 дюйма и уменьшено до 26 секунд.
Это 12-секундное сокращение не кажется таким уж большим, пока вы не производите 500 000 деталей в год. Ежегодно вы экономите около 1660 часов печатного времени, что при стоимости машины в 65 долларов в час означает снижение производственных затрат на более чем 100 тысяч долларов. Однако модернизация линии охлаждения увеличила стоимость инструмента всего на 3500 долларов.
Конформное охлаждение с использованием вставок пресс-форм, напечатанных на 3D-принтере, может сократить время охлаждения еще на 20-30 %, но вы платите 95–115 долларов за кубический дюйм напечатанного материала. Мы провели анализ затрат на форму для медицинского устройства: печатная вставка должна была стоить 18 000 долларов против 4 000 долларов за обычное охлаждение с отверстиями. Окупаемость составила 14 месяцев при их объеме производства, поэтому они отказались от этого.
Другое дело - терморегуляторы. Дешевые модели из Китая стоят 1800 долларов-2500 и имеют ужасную температурную стабильность — мы измерили отклонение ±8 градусов по Фаренгейту на одном устройстве. Устройства Thermal Care стоят 6500–9000 долларов, но выдерживают ±1 градус по Фаренгейту. Для технических смол, где важна точность температуры формы, за это стоит заплатить.
Скорость потока через каналы охлаждения должна достигать турбулентного потока -, число Рейнольдса превышает 4000 или около того. Мы протестировали это с различными насосами на инструменте - при расходах от 2 галлонов в минуту до трубопроводов 3/8 дюйма, поток был ламинарным и охлаждение было плохим. Подняли его до 5 галлонов в минуту, и температуры выровнялись. Переход на 8 галлонов в минуту не помог, а просто потратил впустую мощность насоса.
Типы ворот и беспорядок, который они вызывают
Края ворот оставляют видимые следы, которые необходимо подрезать. Легко обрабатывать, но вы платите кому-то за обрезку деталей вручную или настройку приспособления для обрезки. Для промышленных деталей это никого не волнует, для потребительских товаров это неприемлемо.
Ворота подводной лодки срезаются во время катапультирования, поэтому ручная обрезка не требуется. Канал ворот проходит под поверхностью детали при осадке 5-7 градусов. Если угол уклона неправильный или диаметр ворот слишком велик, ворота не срезаются аккуратно, и в месте расположения ворот появляется рвущийся материал.
Если бы это произошло с косметической деталью корпуса, - ворота имели диаметр 0,060 дюйма, но были обработаны с диаметром 0,072 дюйма, потому что кто-то неправильно прочитал чертеж. Детали вышли с грубыми насечками на воротах, которые не соответствовали внешним характеристикам. Нам потребовался целый день, чтобы переработать зону ворот и проверить удары, прежде чем мы вернулись в строй.
Горячие каналы полностью исключают отходы каналов, но вы потратите 18 000-30 000 долларов на систему коллекторов для инструмента с 4 полостями. Обслуживание постоянное – засоряются форсунки, выходят из строя термопары, перегорают ленты нагревателя. Мы выделяем 1500–2500 долларов в год на ремонт горячеканальных систем инструментов средней сложности.
Некоторые материалы вообще не работают в горячеканальных системах. Однажды мы попробовали запустить ПВХ в горячем канале. - ужасная идея. Материал разлагается при повышенных температурах, и образуются выделения HCl, которые все разъедают. В итоге перешел обратно на холодный канал, несмотря на потери материала.
Затворы клапана обеспечивают точное управление затвором, но каждый штифт клапана в сборе стоит 1800-2400 долларов. Инструмент с 8-полостями стоит около 20 000 долларов только за фурнитуру для ворот, плюс вам понадобится гидравлический или пневматический привод. Имеет смысл только для приложений-высокого уровня, где косметические характеристики ворот и стабильность от кадра к кадру имеют решающее значение.
Побочные действия терпят неудачу по предсказуемым закономерностям
Угловые штифты оттягивают направляющие назад при открытии формы. Стандартный угол составляет 18 градусов от вертикали, - круче этого значения, и вы получаете чрезмерные боковые нагрузки, он становится более пологим, а штифт должен быть слишком длинным. Мы используем диапазон 15-20 градусов в зависимости от пространственных ограничений.
Штыри выходят из строя при изменении диаметра -, например, при переходе с диаметра от 0,500 до 0,375 дюйма. Острый радиус перехода создает концентрацию напряжений, и после 25 к-40 тысяч циклов появляется усталостное растрескивание. Партия угловых штифтов вышла из строя при 32 000 циклов использования инструмента из стеклонаполненного нейлона. Изменил радиус перехода с 0,020 дюйма на 0,080 дюйма и азотировал штифты, что решило проблему.
Износостойкие пластины под направляющими требуют замены каждые 60 000 циклов или около того. ПТФЭ с бронзовым-наполнителем — стандартный материал -, который стоит около 45–65 долларов США за пластину в зависимости от размера от Misumi. Замена может занять около 90 минут, если вы сделали все возможное, чтобы обеспечить удобство эксплуатации. В некоторых инструментах износные пластины зарыты, и для доступа к ним требуется 4 часа демонтажа. Плохой дизайн.
Гидравлический сердечник полностью пропускает угловой штифт -, гидравлический цилиндр просто толкает сердечник внутрь и наружу. Гораздо больше гибкости в направлении срабатывания, и вы можете использовать сердечники большего размера. Цилиндр стоит 1400–2200 долларов в зависимости от диаметра цилиндра и длины хода. Большинство формовочных машин имеют вспомогательную гидравлику, которая может работать с 2-3 ядрами, кроме того, вам понадобится внешний силовой агрегат.
Вентилирование игнорируется до тех пор, пока не появятся следы ожогов.
Захваченный воздух сжимается во время впрыска и нагревается до 700-800 градусов по Фаренгейту, что приводит к сжиганию пластика и оставлению черных следов. Стандартные вентиляционные отверстия имеют глубину 0,0008–0,0012 дюйма на линии разъема — достаточно глубоко для воздуха, но слишком мелко, чтобы пластик мог прорваться через него.
На практике вентиляционные отверстия забиваются раствором плесени и разложившейся смолой. Вы чистите их еженедельно медными щетками или дробеструйной очисткой. На каждую форму уходит около 30 минут, если есть доступ к вентиляционным отверстиям, и дольше, если они расположены в какой-то сложной перекрытой зоне.
Пористые вентиляционные заглушки стоят 95–140 долларов каждая, но в труднодоступных местах работают намного лучше, чем механически обработанные вентиляционные отверстия. Спеченный металл пористый в масштабе 25-30 микрон, поэтому газ выходит, но пластик не может проникнуть. Мы размещаем их в областях с глубокими ребрами или сложной геометрией, где обычная вентиляция не работает.
Некоторые строители сейчас используют лазерную абляцию для микро-вентиляции - прожигает каналы глубиной 0,0003–0,0006 дюйма, которые менее склонны к миганию. Мы сами не пробовали это, потому что у нас нет лазерного оборудования. Вероятно, вам придется заниматься аэрокосмической или медицинской работой, чтобы оправдать эти инвестиции.
Когда дешевые компоненты портят ваш день
Однажды купил возвратные штифты выталкивателя со скидкой, чтобы сэкономить 180 долларов на сборке инструмента. Штифты имели твердость 36 HRC вместо указанных минимума в 48 HRC. После 4200 циклов головки штифтов разошлись и застряли в пластине выталкивателя. Плесень полностью заперлась.
Пришлось всё разобрать, заменить все шесть возвратных штифтов на блоки нужной жёсткости и зачистить повреждённые отверстия в пластине выбрасывателя. Потеряно три дня производства и потрачено 1800 долларов на аварийный ремонт. Вот что происходит, когда вы экономите на компонентах на сумму 30 долларов.
Направляющие штифты и втулки контролируют выравнивание формы. Стандартный зазор составляет 0,0007-0,0010 дюйма в диаметре, что обеспечивает плавную работу без люфта. Мы поставляем ведущие штифты с алмазным-покрытием от DME по цене 135 долларов США за штуку для инструментов, работающих с абразивными материалами - они служат примерно в 6–8 раз дольше, чем штифты без покрытия.
Втулки литника от Strack или Hasco стоят 80-120 долларов каждая в зависимости от радиуса при вершине и диаметра литника. Радиус соединения литника с соплом имеет значение: слишком острый приведет к концентрации напряжений и возможному растрескиванию. Мы используем минимум радиус 0,500 дюйма для инструментов для холодных каналов и больше для горячеканальных коллекторов.
Формование вставок усложняется
Металлические вставки нуждаются в точном расположении -, даже смещение в 0,015 дюйма может привести к проблемам с размерами. Подпружиненные-установочные штифты удерживают вставку на опорных поверхностях во время закрытия формы. Штифты стоят около 25–40 долларов США каждый от Misumi или Fibro, это довольно стандартный компонент.
Удержание вставки зависит от механической блокировки. Накатка на цилиндрических латунных вставках увеличивает усилие выдергивания на 35-40% по сравнению с гладкими вставками, согласно результатам испытаний, которые мы провели с нейлоном 6/6. Алмазная накатка работает лучше, чем прямая, потому что вы получаете большую площадь поверхности.
Мы реализовали проект по формованию, в котором первая порция ABS требовала 5 часов воздействия атмосферы перед второй порцией TPE. Что-то о стабилизации размеров перед формованием - инженер не очень хорошо объяснил, но это то, что рекомендовал поставщик смолы. Это означало, что нам нужны были резервные запасы и места на стойках, что усложняло планирование производства.
Формы для двух-заливок позволяют избежать проблем с запасами, поскольку обе заливки выполняются за один цикл. Форма вращается или перемещается между станциями. Но стоимость оснастки подскакивает до 45 000–65 000 долларов США по сравнению с 12 000–18 000 долларов США для последовательного формования. Имеет смысл только на действительно больших объемах.
Почему алюминиевые инструменты все еще имеют место
Алюминий обрабатывается в 4 раза быстрее, чем инструментальная сталь. Полость, фрезерование которой в H13 занимает 28 часов, в алюминии QC-10 занимает около 7 часов. При расценке магазина в 90 долларов в час это серьезные деньги.
Срок службы инструмента – это проблема. - Срок службы алюминия составляет 8 000–12 000 циклов в зависимости от смолы и условий. Подходит для прототипирования или создания мостов, но вы не можете запускать крупносерийное производство. Алюминий QC-10 стоит около 9,50 долларов за фунт по сравнению с 5,40 доллара за сталь P20, поэтому стоимость материала выше, но экономия на механической обработке более чем компенсирует ее.
Некоторые строители используют алюминиевые полости со стальными сердечниками и вставками для ворот. Мы сделали это для партии из 35 000 деталей, - сэкономили около 6500 долларов США на стоимости оснастки по сравнению с-стальной конструкцией. Алюминиевый резонатор изнашивался примерно за 32 000 циклов и нуждался в незначительной полировке, но выдержал испытание.
Кирксит даже дешевле алюминия, но я никогда не видел, чтобы его использовали для литья под давлением. Возможно, для применений с низким-давлением, но не для стандартного впрыска.
Предлагаемое дополнение в конце статьи
Если вы занимаетесь поискомДетали для литья под давлениеми хотите избежать головной боли, о которой мы здесь говорили, найдите магазин, который действительно разбирается в основах оснастки. Дешевые цены ничего не значат, когда форма выходит из строя после 15 000 циклов из-за того, что кто-то использовал мусорные компоненты или пропустил надлежащую вентиляцию.