Обработка на станке с ЧПУ для изготовления литьевых форм: как на самом деле обрабатываются полости, стержни и основания пресс-форм

Пресс-форма для литья под давлением — это обработанная сборка, прежде чем стать 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, как быстро будет происходить цикл, сколько времени займет полировка и сколько деталей будет произведено до технического обслуживания.

Это руководство описывает, как фактически 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 с ЧПУ при изготовлении пресс-форм

Обработка с ЧПУ производит почти каждую функциональную поверхность в пресс-форме. 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

1. Подготовка блока. Блок инструментальной стали выравнивается и устанавливаются опорные точки. Все последующие операции ссылаются на этот исходный пункт, поэтому ошибка здесь распространяется на всю сборку.
2. Черновая обработка. Удаляется основной материал с использованием адаптивных стратегий или стратегий высокой подачи, оставляя равномерный припуск на обработку. Равномерность важнее сырой скорости, потому что непоследовательный припуск вызывает различный прогиб инструмента при последующих проходах.
3. 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.
4. Термообработка, где она требуется для стали. Закалка и снятие внутренних напряжений вызывают размерные перемещения, которые последующие операции должны корректировать, поэтому последовательность должна предвидеть это.
5. Твердое фрезерование. Чистовые проходы, выполняемые на закаленном материале с использованием короткого жесткого инструмента. Здесь выигрывается или проигрывается качество поверхности, и это напрямую определяет, сколько часов займет полировка.
6. Электроэрозионная обработка. Острые внутренние углы, узкие глубокие ребра и детали ниже минимального практического размера режущего инструмента выжигаются, а не фрезеруются.
7. Доводка и полировка. Ручная работа для достижения заданного класса поверхности, удаления следов от инструмента и сглаживания переходов между обработанными областями.
8. Подгонка и притирка. Полость и стержень подгоняются, проверяются поверхности смыкания, и инструмент собирается с системами выталкивания и охлаждения перед первыми отливками.

Где ЭЭО все еще требуется, и где твердое фрезерование заменило ее

Улучшения в твердом фрезеровании вытеснили значительный объем работ из электроэрозионной обработки, поскольку фрезерование быстрее на открытых поверхностях и не требует предварительного изготовления электрода. Но фрезерование ограничено геометрией режущего инструмента и досягаемостью способами, которыми ЭЭО не ограничена.

Два процесса скорее дополняют, чем конкурируют. Хорошо спланированный инструмент фрезерует все, что можно фрезеровать эффективно, и оставляет ЭЭО для того, что фрезерование 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 фактически работать в производстве.

• Карманы и интерфейсы основания пресс-формы. Вставки полости и стержня располагаются в обработанных карманах, 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, влияет на 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, толкатели 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 давать облой при каждом отливке.
• Геометрия литниковой системы и впускных отверстий. Обрабатываются в плитах или вставках и имеют размер, соответствующий поведению смолы при течении, а не стандартный.
• Вентиляция. Мелкие обработанные выступы, которые позволяют выходить застрявшему воздуху по мере заполнения полости. Недостаточная вентиляция вызывает следы прожога и недоливы.
• Водяные фитинги, отверстия для направляющих штифтов, возвратные штифты 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 отливке в течение всего срока службы, а время цикла является доминирующей стоимостью на деталь при серийном литье. Многие проблемы, описанные в нашей статье о дефектах литья, связанных с оснасткой, возникают из-за компоновки охлаждения, вентиляции или обработки поверхностей смыкания, а не на прессе.

Инструментальные стали и как каждая из них обрабатывается

Алюминиевые инструменты 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 до геометрии детали с припуском на последующую полировку, потому что полировка удаляет материал, а поверхность, отполированная без припуска, оказывается недоразмеренной.
• Поверхности смыкания подвергаются самому строгому контролю в инструменте. Смыкание, которое не встречается чисто, дает облой при каждом отливке, а его исправление в закаленной стали — сложная 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, так как он определяет, какой припуск 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 мастерская тратит дополнительные ручные часы, которые являются самым дорогим временем во всей сборке. Согласование класса чистоты поверхности в начале позволяет стадии обработки оставить правильное количество, а не угадывать.

Почему конфигурация оси имеет значение для оснастки

Пресс-формы обрабатываются на 3-осевом, 3+2 индексируемом и синхронном 5-осевом оборудовании, 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 наиболее экономичный вариант, где позволяет геометрия.
• Индексируемая 3+2 обработка позиционирует блок под фиксированным углом, а затем режет с трехмерным движением, что подходит для наклонных поверхностей и элементов, которые не могут быть достигнуты из одной ориентации.
• Синхронная 5-осевая обработка перемещает все оси во время резки, что требуется для составных изогнутых поверхностей и ценно везде, где ограничением является досягаемость инструмента.
• Досягаемость инструмента — повторяющаяся проблема в оснастке. Наклон оси инструмента позволяет более короткому, более жесткому резцу достичь 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 изогнуты. 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 требуемой ЭЭО и ручной доводкой в конце. Три вещи сокращают его больше всего.

• Зафиксируйте конструкцию детали перед резкой стали. Поздние ревизии после твердого фрезерования — 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 зависимости от объема. Алюминиевый инструмент для конструкции, находящейся на стадии проверки, быстрее и дешевле, чем инструмент из закаленной стали, который потребует модификации.

Обзор конструкции на технологичность перед началом изготовления оснастки окупается многократно. Поднутрения, требующие ползунов, радиусы углов меньше любого практического резца и участки стенок, требующие тщательного охлаждения, — 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 тем, как будет изготовлена серийная оснастка.

Закупка изготовления пресс-форм в США по сравнению с зарубежными поставщиками

Решение редко бывает полным или нулевым. Распространенная структура — быстро прототипировать и проверять, а затем изготавливать серийную 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 собственными силами, сочетая прецизионные услуги по обработке с ЧПУ с литьем пластмасс под давлением, так что обработка полости, ЭЭО, 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 ЭЭО 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 ЭЭО и доводки требует геометрия. Алюминиевая прототипная оснастка значительно быстрее, чем оснастка из закаленной стали для серийного производства, поэтому существует отдельный маршрут для переходной оснастки.

В: Устраняет ли твердое фрезерование необходимость в ЭЭО при изготовлении пресс-форм?

О: Нет. Твердое фрезерование сократило объем ЭЭО 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 оснастки среднего срока службы и позволяют избежать искажений при термообработке. Более твердые марки и нержавеющие стали для пресс-форм подходят для более длительных циклов, абразивных наполнителей смол или коррозионных условий, но за счет более длительной последовательности обработки.

В: Можно ли использовать алюминиевую пресс-форму для серийного производства?

О: Для меньших объемов — да. Алюминиевая оснастка производит тысячи отливок и обрабатывается гораздо быстрее и дешевле, 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 твердого фрезерования. Исправление закаленной стали часто требует сварки и повторной обработки, что медленно и сопряжено с риском. Фиксация конструкции перед резкой стали — самая эффективная защита графика.