Зарегистрированных посетителей: 10468

"Быстрое изготовление пилотных серий деталей из термопластичных полимерных материалов"

С полными текстами всех статей вы можете ознакомиться на страницах журнала
А. В. Бояринцев, В. Г. Дувидзон, Д. С. Подсобляев

Предлагаются «прогрессивные» концепции технологической подготовки литьевого производства с использованием аддитивных технологий, которые позволяют быстро изготовить пилотную серию деталей из термопластичных полимерных материалов и существенно снизить трудоемкость освоения новой продукции в серийном производстве по сравнению с «традиционным» подходом.

«Традиционная» технологическая подготовка производства (ТПП) деталей из термопластичных полимерных материалов (ТПМ), изготавливаемых литьем под давлением, обычно состоит из двух основных этапов:

• разработка конструкторской документации (КД) на литьевую форму по чертежу или 3D-модели детали (длительность этапа составляет обычно 3–6 нед);
• изготовление литьевой формы в соответствии с разработанной КД (обычно 8–16 нед).

Таким образом, получить первые образцы детали можно будет только через 3–5 мес после разработки ее чертежа. Однако тестирование опытной партии деталей нередко приводит к отрицательным результатам, и отделаться небольшими доработками самой детали и (или) литьевой формы зачастую не удается. Необходимо начинать процесс подготовки производства заново, а время упущено и  средства затрачены, причем немалые.

Уменьшить и даже устранить потери времени и  средств на ТПП позволяет «прогрессивная» концепция ТПП, основанная на «аддитивных» технологиях. Еще на стадии создания 3D-модели детали, с переводом ее в формат STL, на специальных установках прототипирования «выращивается» объемная модель детали, например, из эпоксиакрилатного фотополимера на установках серий EDEN или CONNEX производства фирмы Stratasys (объединенная компания Objet-Stratasys, Израиль) или из порошка полиамида ПА12 путем послойного спекания лучом лазера на установках серии EOSINT P производства фирмы EOS (Германия). Требуется всего несколько часов работы установки для создания физической модели – прототипа новой деталис точностью размеров в пределах ±0,1 мм от номинала. Этот прототип можно подвергнуть различным испытаниям:

• оценить внешний вид и эргономичность конструкции детали;
• проверить удобство монтажа и демонтажа сборного изделия, в  состав которого входит новая деталь;
• откорректировать рабочие и технологические зазоры;
• проверить работоспособность изделия;
• получить действующие образцы изделий для презентаций, маркетинга и выставочной деятельности.

Если по каким-то причинам нельзя или нецелесообразно производить опытную серию изделий (деталей) такими или аналогичными методами, тогда эти «выращенные» прототипы используют как мастер-модели для изготовления эластичных силиконовых форм.

Затем в  эти формы под вакуумом заливают специальные двухкомпонентные полиуретановые композиции, после отверждения которых получают детали, имитирующие такие ТПМ, как ПП, АБС-пластик, ПА, ПММА или термопластичный полиуретан.

Обычно на изготовление силиконовых форм требуется 3–5 дней, а технологический процесс литья деталей-прототипов позволяет произвести 1–3 заливки за рабочую смену. «Жизнестойкость» силиконовых форм составляет 20–25 заливок. Полученные детали могут быть прозрачными, непрозрачными, жесткими, упругими, эластичными и  окрашенными в массе или только со стороны видовых поверхностей, вне формы. Для реализации этого технологического процесса применяют, например, оборудование фирмы MK Technology (Германия) и материалы фирмы AXSON (Франция).

По результатам испытаний деталей-прототипов проводится корректировка 3D-модели детали и выпускаются на нее чертежи. Когда в конструкции нового изделия все проблемные места обнаружены и проблемы устранены, причем «малой кровью», можно изготовить рабочую партию прототипов или приступить к созданию литьевых форм для серийного производства. Справедливости ради следует отметить, что остается ряд спорных или неоднозначных моментов. Так, детали-прототипы из материалов-имитаторов не всегда можно использовать в реальных изделиях или испытать в полном диапазоне эксплуатационных требований к изделию.

Кроме того, реальные детали, изготовленные согласно КД из «штатного» ТПМ, могут вести себя при эксплуатации иначе, чем прототипы.

Поэтому предлагается вариант ТПП под условным названием «прогрессивный +», включающий изготовление пилотной серии деталей из штатного ТПМ для проведения эксплуатационных испытаний самих деталей или изделий, в состав которых они могут входить (еще до изготовления серийной литьевой формы). Внесение изменений в конструкцию изделия по результатам испытаний на ранних этапах ТПП позволит сократить общую длительность подготовки производства и снизить трудоемкость всего процесса.



Исходные данные для производства пилотной серии деталей из штатного ТПМ

Исходными данными для выпуска пилотной серии деталей служат файл 3D-модели детали или чертеж (эскиз), марка ТПМ и количество деталей в этой серии. По этим данным определяются: • расположение отливки относительно плоскости разъема литьевой формы, а также линии разъема;
• кинематика литьевой формы и режим ее работы (автоматический или полуавтоматический, с закладными деталями или без них);
• гнездность литьевой формы;
• конфигурация литника и точка (точки) впрыска расплава ТПМ;
• схема извлечения отливки;
• габаритные размеры формообразующих деталей (ФОД);
• расчетная усадка ТПМ при изготовлении ФОД;
• основные требования к литьевой машине (усилие запирания, объем впрыска и др.)

Далее необходимо выбрать технологию и материалы для быстрого изготовления комплекта ФОД. Изготовление ФОД из стали еще более трудоемко, чем из алюминиевых сплавов и, соответственно, еще менее выгодно для выпуска пилотной серии деталей. Отсюда вытекает необходимость в подборе альтернативных материалов и  технологии изготовления ФОД с минимальной трудоемкостью и стоимостью их производства.

Фотополимеры

Фирма Stratasys разработала и внедрила программу PIMT (3D Printed Injection Molding Tool) для производства ФОД из фотополимеров, которые дают возможность изготавливать литьем под давлением детали из ПЭ, ПП, ПС, АБС-пластиков, термопластичных эластомеров (ТПЭ). Для производства ФОД по технологии PIMT предлагается АБС-подобный фотополимер (табл. 1), из которого на установках CONNEX в  течение нескольких часов «выращиваются» пуансон и матрица (рис. 1).

Сравнительно невысокая теплостойкость фотополимера, которая меньше температуры литья указанных выше ТПМ, не сказывается на деформационной устойчивости ФОД, поскольку фотополимер не успевает прогреться до высоких температур за время цикла литья. И лишь при толщине стенки отливки более 4 мм наблюдается перегрев фотополимерных ФОД из-за увеличенных времени цикла и  теплового потока от расплава ТПМ. Замечено также, что улучшению теплоотвода от рабочих поверхностей ФОД способствуют их тщательное смазывание, которое рекомендуется проводить после каждого цикла литья, и дополнительное воздушное охлаждение.

Основные требования к конструкции ФОД (пуансона и матрицы) из АБС-подобного полимера и рекомендации по их бслуживанию следующие:

• скругления всех углов (чем больше радиус скругления, тем долговечнее ФОД);
• направление линий «выращивания» материала при создании ФОД должно быть вдоль фронта течения расплава ТПМ в формующей полости литьевой формы;
• технологический угол наклона вертикальных стенок – не менее 1,5°;
• температура рабочих поверхностей ФОД в процессе литья не должна превышать приблизительно 50 °С, поэтому их рекомендуется охлаждать сжатым воздухом в течение около 1 мин через каждые 5–6 циклов литья.

Следует заметить, что в случае использования фотополимерных ФОД время цикла литья несколько увеличивается по сравнению с металлическими ФОД, поэтому и  усадка деталей будет несколько больше (особенно в случае частично кристаллических ТПМ). Дисперснонаполненный ПА12

Фирма EOS (Германия) имеет опыт изготовления ФОД методом послойного спекания порошкообразной композиции (рис. 2). Для этих целей предлагается наполненный алюминиевым порошком ПА12 марки EOS Alumide (табл. 2), а реализация процесса может осуществляться на установках серии EOSINT P.

Модельные плиты из полимерного композиционного материала

Экономичным вариантом производства ФОД является также их изготовление фрезерованием на станках с ЧПУ из специальных модельных плит из полимерных композиционных материалов (ПКМ). ля этих целей хорошо подходят модельные плиты марки LAB 1000 (табл. 3) фирмы AXSON (Франция) и марки OBO 1000 фирмы OBO-Werke (Германия).

Успешный опыт проведения совместных работ фирмами ООО «ИФ АБ Универсал» (Москва), ОАО «ЭХМЗ» (г. Электросталь, Московская обл.) и ООО «ТЗК Техоснастка (Москва) подтвердил экономичность данной технологии и то, что в литьевых формах с комплектами ФОД из ПКМ можно в достаточном количестве отливать пилотные серии деталей из ТПМ. Так, на одном таком комплекте ФОД можно произвести от 50 до 300 отливок в  зависимости от конструкции деталей и марки ТПМ (практически любого ТПМ). Особенности проектирования и изготовления ФОД литьевых форм из модельного материала следующие:

• отсутствие каналов охлаждения;
• уменьшенная толщина разводящих литников (при замене цилиндрического сечения на прямо угольное) с толщиной не более 4 мм;
• ограничения по размещению выталкивателей относительно детали (предпочтительней толкать в литники, чтобы исключить деформацию отливки);
• обратные конусы для удержания литников в подвижной полуформе при раскрытии формы деформируются и не работают (из-за того, что не успевают охладиться);
• роль зацепов играют выталки ватели, пронизывающие литник насквозь или не менее чем на половину толщины;
• ограничение в толщине деталей (не более 4 мм);
• увеличение зазоров между формообразующими вставками из ПКМ и стальной обоймой, а также между самими вставками из ПКМ;
• точность изготовления сменных ФОД по их толщине остается такой же, как и у стальных ФОД, что позволяет исключить облой у отливок по плоскости разъема формы.

Для быстрого и экономичного изготовления пилотных серий деталей из штатного ТПМ необходимо иметь универсальную быстропереналаживаемую литьевую форму.

Ниже кратко описан типовой технологический процесс изготовления пилотных серий деталей с использованием комплекта ФОД из модельных плит в такой литьевой форме.

После создания компьютерной 3D-модели детали разрабатываются 3D-модели ФОД для опытной литьевой формы. Затем составляются управляющие программы для станка с ЧПУ и изготавливаются ФОД.

Как правило, трудоемкость их изготовления составляет 1–3 смены. Изготовленные ФОД монтируются в литьевую форму (обычно в подвижную полуформу). Литьевая форма устанавливается на литьевую машину и крепится прихватами. Неподвижная полуформа подключается к термостату (к сетевой охлаждающей воде), после чего включается обогрев горячеканальной системы.

Процесс литья деталей необходимо вести без «теплового шока» сменных ФОД, смазывая их рабочие поверхности термостойкой силиконовой или фторлоновой смазкой после каждого цикла литья. Время цикла составляет обычно от 20 до 120  с в  зависимости от толщины стенки отливки. Серия деталей количеством в 100 шт. отливается в среднем за 3,0–3,5 ч в полуавтоматическом режиме работы формы.

На рис. 3 представлен чертеж универсальной быстропереналаживаемой литьевой формы, разработанной в ООО «ИФ АБ Универсал». Время на переналадку, т. е. на смену комплекта ФОД, составляет 10–15 мин. В этой конструкции заменяется только формообразующая вставка (поз. 8) и подгоняются по длине выталкиватели (поз. 12 и 13). В эту же литьевую форму можно устанавливать сменные вставки и из других материалов.

После испытания нового изделия на деталяхпрототипах, полученных по аддитивным технологиям, комплект ФОД, изготовленный фрезерованием на станках с ЧПУ из модельных плит (трудоемкость процесса составляет 1–3 смены), устанавливается в литьевую форму. Из марочного ассортимента ТПМ, выбранных конструктором изделия, на литьевой машине изготавливается необходимая для полномасштабных натурных испытаний пилотная серия деталей. По результатам испытаний окончательно корректируется конструкция детали, а затем, если необходимо, изготавливается серийная литьевая форма.

В качестве примера на фото 1 и 2 представлены детали из штатного ТПМ и изготовленные из материалов LAB 1000 (см. фото 1) и ОВО 1000 (см. фото 2) комплекты ФОД.

Таким образом, изготовление фрезерованием на станках с ЧПУ комплекта ФОД из модельных плит из ПКМ позволяет быстро получить пилотную серию деталей из штатных ТПМ еще на стадии разработки изделия, что существенно снижает трудоемкость освоения новой продукции в серийном производстве.

Rapid Manufacturing of Pilot Series of Details from Thermoplastic Polymer Materials

A. V. Boyarintsev, V. G. Duvidzon, D. S. Podsoblyaev

This article is devoted to various options of technological preparation
of injection moulding production with use of additive technologies
which allow to make quickly a pilot series of details from
thermoplastic polymer materials and significantly to lower costs of
introduction of new products in a mass production.

Источник: журнал "Полимерные материалы" 2013/6




Журнал

В следующем номере

    Тема номера: ЭКСТРУЗИЯ И КОМПАУНДИРОВАНИЕ
  • Новая «интеллектуальная» система охлаждения каст-пленок для снижения энергопотребления
  • Индивидуализированные решения для производства полимерных гранулятов
  • Новый смеситель MIX-A-LOT компании Coperion для быстрой, экономичной и щадящей гомогенизации компаундов
  • Применение тонкой фильтрации для повышения качества экструдируемых резиновых лент
  • Повышение эффективности фильтрации расплава
  • Читать полностью

Популярные запросы

Изделия из пенопласта
Отходы стрейч пленки
Технология производства полимеров
Модификатор ударопрочности
Экструзия пвх
Биоразлагаемая добавка
Производство полимерных труб
Стеклянные микросферы
Полипропилен характеристики
Переработка пвх

Контакты

Адрес редакции:
105066, Москва, Токмаков пер., д. 16, стр. 2

Редакция:
+7 (499) 267-40-10
E-mail: victor-gonchar@mail.ru

Отдел подписки:
Прямая линия: 8 (800) 200-11-12
бесплатный звонок из любого региона России
E-mail: podpiska@vedomost.ru

Отдел рекламы:
Прямая линия:
+7 (499) 267-40-10, +7 (499) 267-40-15
E-mail: reklama@vedomost.ru

Вопросы работы портала:
E-mail: support@polymerbranch.com

Рейтинг@Mail.ru
Rambler's Top100
Логин или E-mail
Пароль (Забыли пароль?)
Запомнить
Если Вы ещё не зарегистрированы в системе, Вам необходимо зарегистрироваться
Введите E-mail:
Настоящим, в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года, Вы подтверждаете свое согласие на обработку компанией ООО «Концепция связи XXI век» персональных данных: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу в целях продвижения товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с помощью средств связи, продажи продуктов и услуг на Ваше имя, блокирование, обезличивание, уничтожение.

Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует конфиденциальность получаемой информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и иных обязательств, принятых компанией в качестве обязательных к исполнению.

В случае необходимости предоставления Ваших персональных данных правообладателю, дистрибьютору или реселлеру программного обеспечения в целях регистрации программного обеспечения на Ваше имя, Вы даёте согласие на передачу своих персональных данных.

Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует, что правообладатель, дистрибьютор или реселлер программного обеспечения осуществляет защиту персональных данных на условиях, аналогичных изложенным в Политике конфиденциальности персональных данных.

Настоящее согласие распространяется на следующие персональные данные: фамилия, имя и отчество, место работы, должность, адрес электронной почты, почтовый адрес доставки заказов, контактный телефон, платёжные реквизиты. Срок действия согласия является неограниченным. Вы можете в любой момент отозвать настоящее согласие, направив письменное уведомление на адрес: podpiska@vedomost.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных».

Обращаем Ваше внимание, что отзыв согласия на обработку персональных данных влечёт за собой удаление Вашей учётной записи с соответствующего Интернет-сайта и/или уничтожение записей, содержащих Ваши персональные данные, в системах обработки персональных данных компании ООО «Концепция связи XXI век», что может сделать невозможным для Вас пользование ее интернет-сервисами.

Давая согласие на обработку персональных данных, Вы гарантируете, что представленная Вами информация является полной, точной и достоверной, а также что при представлении информации не нарушаются действующее законодательство Российской Федерации, законные права и интересы третьих лиц. Вы подтверждаете, что вся предоставленная информация заполнена Вами в отношении себя лично.

Настоящее согласие действует в течение всего периода хранения персональных данных, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.

Принимаю условия соглашения
Sat, 21 Oct 2017 02:31:01