Пресс-форма для литья под давлением — это механически обработанная сборка, прежде чем она станет производственным инструментом. Каждая поверхность, которая когда-либо будет иметь формованная деталь, начинается как траектория режущего инструмента в стали, а решения, принятые во время обработки, определяют, насколько будет происходить облой, насколько быстро будет происходить цикл, сколько времени займет полировка и сколько деталей будет произведено до технического обслуживания.
Это руководство описывает, как на самом деле изготавливается пресс-форма: последовательность обработки от стального блока до подогнанного инструмента, что обрабатывается помимо полости, какие инструментальные стали ведут себя как под режущим инструментом, какие допуски и чистота обработки задействованы, а также как рассматривать вопрос о производстве пресс-форм внутри страны или за рубежом.
Что делает обработка на станках с ЧПУ при изготовлении пресс-форм
Обработка на станках с ЧПУ создает почти все функциональные поверхности пресс-формы. Это включает в себя полость и стержень, которые формируют деталь, карманы и интерфейсы основания пресс-формы, которые их удерживают, каналы охлаждения, которые контролируют температуру, отверстия для выталкивателей, которые освобождают деталь, и поверхности смыкания, где встречаются две половины. Электроэрозионная обработка обрабатывает небольшую часть, которую режущий инструмент физически не может достичь, а ручная доводка доводит поверхности до окончательной чистоты.
Последовательность обработки от блока до готового инструмента
- Подготовка блока. Блок из инструментальной стали выравнивается и устанавливаются опорные точки. Все последующие операции ссылаются на этот исходный пункт, поэтому ошибка здесь распространяется на всю сборку.
- Черновая обработка. Удаляется основной материал с использованием адаптивных стратегий или стратегий высокой подачи, оставляя равномерный припуск на обработку. Равномерность важнее сырой скорости, потому что неравномерный припуск вызывает различный прогиб инструмента при последующих проходах.
- Получистовая обработка. Припуск равномерно уменьшается, а углы подготавливаются с помощью остаточной обработки, чтобы чистовой проход имел равномерное зацепление, а не чередовался между тяжелыми и легкими резами.
- Термообработка, где это требуется для стали. Закалка и снятие напряжений вызывают размерные смещения, которые последующие операции должны корректировать, поэтому последовательность должна предвидеть это.
- Черновая фрезеровка. Чистовые проходы, выполненные на закаленном материале с использованием короткого жесткого инструмента. Здесь выигрывается или проигрывается качество поверхности, и это напрямую определяет, сколько часов займет полировка.
- Электроэрозионная обработка. Острые внутренние углы, узкие глубокие ребра и детали ниже минимального практического размера режущего инструмента выжигаются, а не фрезеруются.
- Доводка и полировка. Ручная работа для достижения заданного класса поверхности, удаления следов от инструмента и сглаживания переходов между обработанными областями.
- Подгонка и притирка. Полость и стержень подгоняются, проверяются поверхности смыкания, и инструмент собирается с системами выталкивания и охлаждения перед первыми отливками.
Где электроэрозионная обработка все еще требуется, а где ее заменила черновая фрезеровка
Улучшения в чистовой фрезеровке позволили значительно сократить объем работ, выполняемых электроэрозионной обработкой, поскольку фрезеровка быстрее на открытых поверхностях и не требует предварительного изготовления электрода. Но фрезеровка ограничена геометрией режущего инструмента и досягаемостью способами, которыми электроэрозионная обработка не ограничена.
| Характеристика | Подходит для чистовой фрезеровки | Подходит для электроэрозионной обработки |
| Открытые контурные поверхности | Да, быстрее и не требуется электрод | Редко оправдано |
| Глубокие стержни с доступными стенками | Да, когда наклон инструмента позволяет использовать короткий жесткий резец | Только там, где досягаемость действительно невозможна |
| Острые внутренние углы | Нет, фрезерованный угол всегда несет радиус режущего инструмента | Да, для этого существует электроэрозионная обработка |
| Узкие глубокие ребра | Ограничено диаметром инструмента и прогибом | Да, особенно ниже практических размеров режущего инструмента |
| Детализация текстуры поверхности | Ограничено | Да, текстура и мелкие детали подходят для электроэрозионной обработки |
| Сталь очень высокой твердости | Зависит от твердости и инструмента | Да, электроэрозионная обработка не зависит от твердости материала |
Эти два процесса скорее дополняют, чем конкурируют. Хорошо спланированный инструмент фрезерует все, что можно фрезеровать эффективно, и оставляет электроэрозионную обработку для того, что фрезеровка физически не может произвести, что позволяет избежать изготовления электродов из критического пути, где это возможно.
Что обрабатывается помимо полости
Обработка полости и стержня привлекает наибольшее внимание, но пресс-форма содержит множество обработанных деталей, которые определяют, будет ли инструмент действительно работать в производстве.
- Карманы и интерфейсы основания пресс-формы. Вставки полости и стержня устанавливаются в обработанные карманы, точность которых контролирует выравнивание между двумя половинами.
- Каналы охлаждения. Сверленые и обработанные каналы, расположенные на контролируемом расстоянии от поверхности полости. Их расположение определяет равномерность охлаждения, что, в свою очередь, определяет время цикла и коробление.
- Отверстия для выталкивателей. Расположены и имеют такой размер, чтобы выталкиватели свободно перемещались, не допуская облоя, что требует более плотной посадки, чем ожидают большинство людей.
- Ползуны, подъемники и кулачковые механизмы. Требуются везде, где есть поднутрение, которое не может быть освобождено в направлении открытия пресс-формы, и каждый из них сам по себе является обработанной сборкой.
- Поверхности смыкания. Где полость и стержень встречаются, чтобы закрыть элемент. Качество смыкания определяет, будет ли инструмент облоиться при каждом оттиске.
- Геометрия литниковой системы и впускных отверстий. Обрабатываются в плитах или вставках и калибруются в соответствии с поведением смолы при течении, а не по стандарту.
- Вентиляция. Мелкие обработанные выступы, которые позволяют улавливаемому воздуху выходить по мере заполнения полости. Недостаточная вентиляция вызывает следы прожога и недоливы.
- Водяные фитинги, отверстия для направляющих пальцев, возвратные пальцы и крепежные элементы, которые позволяют инструменту крепиться к прессу.
Охлаждение и вентиляция — это те области, где решения по обработке наиболее прямо отражаются на производственной экономике. Инструмент с хорошо расположенным охлаждением работает быстрее при каждом оттиске в течение всего срока службы, а время цикла является доминирующей стоимостью на деталь в серийном производстве. Многие проблемы, описанные в нашей статье о дефектах литья, связанных с оснасткой, возникают из-за расположения охлаждения, вентиляции или обработки поверхностей смыкания, а не на прессе.
Инструментальные стали и как каждая из них обрабатывается
| Сталь | Типичное использование | Последствия обработки |
| Предварительно закаленная P20 и ее варианты | Среднесрочная производственная оснастка для неабразивных смол | Обрабатывается и вводится в эксплуатацию без закалки, что устраняет искажения и сокращает график |
| H13 | Более высокая твердость и стойкость к термической усталости | Обрабатывается в мягком состоянии, затем закаливается, поэтому последовательность должна предвидеть смещение и корректировать его при чистовой фрезеровке |
| Нержавеющие стали для пресс-форм | Коррозионная стойкость для агрессивных смол или влажного хранения | Более жесткие для оснастки и, как правило, медленнее обрабатываются, чем P20 |
| Инструментальные стали высокой твердости | Длительные тиражи и абразивные наполнители | Большая часть чистовой обработки смещается в сторону электроэрозионной обработки и шлифования по мере увеличения твердости |
| Алюминиевые пресс-формы | Прототипные, переходные и малосерийные пресс-формы | Обрабатывается гораздо быстрее и дешевле, за счет срока службы инструмента и способности выдерживать давление |
Алюминиевые пресс-формы заслуживают отдельного упоминания, потому что они полностью меняют экономику раннего производства. Алюминий обрабатывается в несколько раз быстрее, чем инструментальная сталь, что значительно сокращает время изготовления оснастки и снижает стоимость, при этом производя тысячи отливок. Это основа быстрой оснастки и литья, и это правильный путь, когда конструкция еще не зафиксирована или объем не оправдывает закаленную сталь.
Допуски и чистота поверхности при обработке пресс-форм
Допуски пресс-форм работают иначе, чем допуски деталей. Важно не только то, насколько точно вырезана поверхность, но и то, как встречаются две половины, потому что качество смыкания определяет облой и внешний вид линии разъема на каждой детали, которую когда-либо производит инструмент.
- Поверхности полости обрабатываются в соответствии с геометрией детали с припуском для последующей полировки, потому что полировка удаляет материал, а поверхность, отполированная без припуска, оказывается недоразмеренной.
- Поверхности смыкания подвергаются самому строгому контролю в инструменте. Смыкание, которое не происходит чисто, приводит к облою при каждом оттиске, а его исправление в закаленной стали — трудоемкая работа.
- Направляющие и выравнивающие элементы обрабатываются в соответствии со спецификацией основания пресс-формы, а не спецификацией детали, поскольку их задача — повторяющаяся регистрация между половинами.
- Положение каналов охлаждения является размерным требованием, потому что расстояние от канала до поверхности полости определяет равномерность охлаждения.
- Класс текстуры поверхности должен быть согласован до начала обработки, поскольку он определяет, сколько припуска должна оставить чистовая обработка для доводки.
- Посадка выталкивателей является зазором, достаточно плотным, чтобы предотвратить облой, и достаточно свободным для свободного движения в диапазоне температур инструмента.
Припуск на полировку — это наиболее часто неправильно обрабатываемый элемент. Слишком мало, и полированная поверхность выходит за пределы допуска. Слишком много, и инструментальная мастерская тратит дополнительные часы ручной работы, что является самым дорогим временем во всей сборке. Согласование класса чистоты поверхности в начале позволяет на этапе обработки оставить правильное количество, а не угадывать.
Почему конфигурация оси имеет значение для оснастки
Пресс-формы обрабатываются на оборудовании с 3-осевой, 3+2 индексированной и одновременной 5-осевой обработкой, и выбор влияет как на то, что возможно, так и на стоимость.
- 3-осевая обработка обрабатывает большую часть призматических оснований пресс-форм, простые полости и обработку плит, и это самый экономичный вариант, где позволяет геометрия.
- Индексированная 3+2 обработка позиционирует блок под фиксированным углом, а затем режет с трех-осевым движением, что подходит для наклонных поверхностей и элементов, которые не могут быть достигнуты из одной ориентации.
- Одновременная 5-осевая обработка перемещает все оси во время резки, что требуется для составных криволинейных поверхностей и ценно везде, где ограничением является досягаемость инструмента.
- Досягаемость инструмента — повторяющаяся проблема в оснастке. Наклон оси инструмента позволяет более короткому, более жесткому режущему инструменту достигать глубокого стержня, что режет быстрее, меньше вибрирует и оставляет лучшую чистоту, чем длинный инструмент, достигающий прямо вниз.
Последний пункт объясняет, почему глубокие стержни обрабатываются на многоосевом оборудовании, даже если сами поверхности не криволинейны. Преимущество заключается в жесткости и чистоте, а не в геометрической необходимости, и это напрямую приводит к меньшему количеству часов полировки.
Сроки изготовления пресс-форм и что их сокращает
Срок изготовления оснастки определяется последовательностью обработки, объемом необходимой электроэрозионной обработки и ручной доводкой в конце. Три вещи сокращают его больше всего.
- Зафиксируйте конструкцию детали перед резкой стали. Поздние ревизии после чистовой фрезеровки — самое дорогое изменение в процессе, потому что исправление в закаленном материале часто означает сварку и повторную обработку.
- Согласуйте класс чистоты поверхности в начале, чтобы обработка оставила правильный припуск, а доводка не продлевалась из-за догадок.
- Честно выбирайте материал оснастки в соответствии с объемом. Алюминиевая пресс-форма для конструкции, находящейся на стадии проверки, быстрее и дешевле, чем закаленная стальная пресс-форма, которая потребует модификации.
Обзор конструкции на предмет технологичности перед началом изготовления оснастки окупается многократно. Поднутрения, требующие ползунов, радиусы углов меньше любого практического режущего инструмента и участки стенок, требующие тщательного внимания к охлаждению, — все это дешевле исправить в CAD, чем в стали. Для конструкций, находящихся на стадии проверки, наш маршрут прототипирования и малосерийной оснастки позволяет проверить геометрию перед заказом производственной оснастки.
Закупка пресс-форм в США против за рубежом
| Рассмотрение | Внутреннее производство пресс-форм | Зарубежное производство пресс-форм |
| Стоимость оснастки | Выше, отражает внутреннюю рабочую силу и накладные расходы | Существенно ниже при сопоставимых возможностях |
| Срок изготовления | Короткая транспортировка, хотя загрузка цеха по-прежнему имеет значение | Общий срок дольше, включая транспортировку |
| Сотрудничество в проектировании | Одна часовая зона, проще личный осмотр | Требует дисциплинированной документации и запланированной связи |
| Инженерные изменения | Быстрее внедрять и проверять | Более длительный круговой путь, поэтому предварительное планирование дизайна имеет большее значение |
| Ограниченная или регулируемая работа | Требуется, когда применяются правила экспортного контроля или программы | Недоступно для ограниченной работы |
| Лучшее соответствие | Быстрая итерация, ограниченные программы, инструменты, требующие частых модификаций | Стабильные конструкции, программы с ограниченным бюджетом, оснастка с большим количеством гнезд |
Решение редко бывает все или ничего. Распространенная структура — быстро прототипировать и проверять, а затем изготавливать производственную оснастку там, где экономика наилучшая, когда конструкция стабильна. Что делает зарубежную оснастку работающей, так это дисциплина документации: полный пакет данных, согласованная спецификация чистоты, определенные требования к инспекции и четкий процесс внесения инженерных изменений.
Elite Mold Tech изготавливает и эксплуатирует оснастку внутри компании, сочетая прецизионные услуги по обработке на станках с ЧПУ с литьем пластмасс под давлением, так что обработка полости, электроэрозионная обработка, подгонка и литье управляются как единый процесс, а не координируются между поставщиками. Отправьте модель детали и целевой объем в Elite Mold Tech для получения плана оснастки, который указывает подход к обработке, объем электроэрозионной обработки и класс чистоты вместо единой цифры срока изготовления.
Часто задаваемые вопросы
В: Сколько времени занимает изготовление пресс-формы для литья под давлением?
О: Это зависит от размера, количества гнезд и того, сколько электроэрозионной обработки и доводки требует геометрия. Алюминиевая прототипная оснастка значительно быстрее, чем закаленная стальная производственная оснастка, поэтому переходная оснастка существует как отдельный маршрут.
В: Устраняет ли чистовая фрезеровка необходимость в электроэрозионной обработке при изготовлении пресс-форм?
О: Нет, чистовая фрезеровка сократила объем электроэрозионной обработки на открытых поверхностях, но острые внутренние углы, узкие глубокие ребра и детали ниже практических размеров режущего инструмента по-прежнему требуют ее. Большинство инструментов используют оба процесса в сочетании.
В: Какую инструментальную сталь следует использовать для пресс-формы для литья под давлением?
О: Предварительно закаленные марки, такие как P20, подходят для среднедолговечной оснастки и позволяют избежать искажений при термообработке. Более твердые марки и нержавеющие стали для пресс-форм подходят для более длительных тиражей, абразивных наполнителей или коррозионных условий, но требуют более длительной последовательности обработки.
В: Можно ли использовать алюминиевую пресс-форму для производства?
О: Для меньших объемов — да. Алюминиевая оснастка производит тысячи отливок и значительно быстрее и дешевле в обработке, что делает ее хорошо подходящей для переходного производства и конструкций, которые еще не полностью зафиксированы.
В: Что вызывает самые дорогие задержки в изготовлении пресс-форм?
О: Изменения в конструкции детали после чистовой фрезеровки. Исправление закаленной стали часто требует сварки и повторной обработки, что медленно и сопряжено с риском. Фиксация конструкции перед резкой стали — самая эффективная защита графика.
В: Сколько времени занимает изготовление пресс-формы для литья под давлением?
О: Это зависит от размера, количества гнезд и того, сколько электроэрозионной обработки и доводки требует геометрия. Алюминиевая прототипная оснастка значительно быстрее, чем закаленная стальная производственная оснастка, поэтому переходная оснастка существует как отдельный маршрут.
В: Устраняет ли чистовая фрезеровка необходимость в электроэрозионной обработке при изготовлении пресс-форм?
О: Нет. Чистовая фрезеровка сократила объем электроэрозионной обработки на открытых поверхностях, но острые внутренние углы, узкие глубокие ребра и детали ниже практических размеров режущего инструмента по-прежнему требуют ее. Большинство инструментов используют оба процесса в сочетании.
В: Какую инструментальную сталь следует использовать для пресс-формы для литья под давлением?
О: Предварительно закаленные марки, такие как P20, подходят для среднедолговечной оснастки и позволяют избежать искажений при термообработке. Более твердые марки и нержавеющие стали для пресс-форм подходят для более длительных тиражей, абразивных наполнителей или коррозионных условий, но требуют более длительной последовательности обработки.
В: Можно ли использовать алюминиевую пресс-форму для производства?
О: Для меньших объемов — да. Алюминиевая оснастка производит тысячи отливок и значительно быстрее и дешевле в обработке, что делает ее хорошо подходящей для переходного производства и конструкций, которые еще не полностью зафиксированы.
В: Что вызывает самые дорогие задержки в изготовлении пресс-форм?
О: Изменения в конструкции детали после чистовой фрезеровки. Исправление закаленной стали часто требует сварки и повторно