Новые достижения в области производства литьевых форм

Примеры новых разработок

Тайваньская компания CYBERTECH, давно и успешно работающая на рынках России и стран СНГ, поставляет своим клиентам, что называется, из одних рук и под ключ полный комплект литьевого оборудования, включая ТПА, периферийные устройства, средства автоматизации, а также формы собственного производства, причем любой сложности, в том числе формы для литья алюминия под давлением в холодную камеру. Литьевые изделия при этом могут быть тонкостенными, размером от 2 мм до крупногабаритных, сложной конструкции, с закладными элементами, двухцветными или двухкомпонентными и пр. На рис. 1 представлены примеры некоторых форм CYBERTECH, а в таблице приведены их технические характеристики.

Помимо обеспечения высокого качества поставляемых форм, компания CYBERTECH стремится к достижению наилучшего результата в кратчайшие сроки. Например, для оценки стоимости формы требуется только образец изделия или фотография с его размерами, после чего в течение всего лишь нескольких часов заказчик получает результат расчета стоимости с погрешностью не более 5–10 %.

В стандартный набор услуг, предоставляемых компанией, входят:

• разработка 3D-модели изделия по его образцу или чертежу;
• экспертиза 3D-моделей, предоставленных заказчиком;
• анализ проливаемости изделия с помощью ПО Moldflow до начала производства;
• возможность вносить изменения в форму на всех этапах производства вплоть до отгрузки;
• запуск под ключ;
• обучение персонала;
• гарантийное и постгарантийное обслуживание, включая изготовление дублеров формообразующих деталей (ФОД);

Максим Федоров, ведущий специалист CYBERTECH по работе с литьевыми формами, говорит:

«Мы стремимся к тому, чтобы наши заказчики получили максимальную выгоду от производства продукции на наших формах. Поэтому консультируем их, начиная с разработки 3D-модели изделия, помогаем избежать ошибок, которые снижают себестоимость производства, помогаем улучшить видовые характеристики изделия и получить преимущество перед конкурентами, даем рекомендации по оптимизации конструкции форм с учетом особенностей производства для достижения максимальной надежности и производительности»

Высокой производительностью обладают устройства выкручивания резьбовых знаков с сервоприводом, предлагаемые своим клиентам компанией Servomold (г. Эрбах, Германия) и предназначенные для извлечения из литьевой формы укупорочных колпачков нескольких типоразмеров благодаря быстросменным наборам резьбовых пар типа «винт — гайка» (рис. 2). При проектировании этих модульных устройств разработчики учитывают ожидаемый момент отрыва резьбового знака от колпачка в начале отвинчивания, который зависит от таких трибологических и технологически параметров перерабатываемого ПП, а также от геометрии гнезда. Эти данные, а также выбранная конструкция литьевой формы служат основой для определения требуемого крутящего момента и компоновки устройства. Затем подбирается подходящий сервопривод, состоящий из серводвигателя и планетарного редуктора. В результате предлагаемые устройства выкручивания, по заявлению Servomold, отличаются, помимо своей компактности, минимальным износом и длительным сроком службы, чему способствуют оптимизированный профиль и высокая точность резьбы с очень узкими допусками ширины зубьев.

Компания «Т-МОЛД» (г. Севастополь) более 20 лет проектирует и изготавливает высококачественные формы для литья термопластов под давлением. О диапазоне ее конструкторско-технологических возможностей свидетельствуют примеры двух последних успешно реализованных проектов.

В первом случае речь идет о 16-гнездной горячеканальной литьевой форме, предназначенной для производства тонкостенных изделий бытового назначения (рис. 3). Проект стартовал с образца изделия и разработки его модели. Критичным для заказчика было не только свести к минимуму массу изделия, но и выдерживать ее с точностью до 0,1 г от цикла к циклу, чтобы минимизировать расход материала и добиться тем самым экономической эффективности проекта. Несмотря на то, что изделие бытового назначения, требования к оснастке в данном проекте были очень серьезные: форма должна работать по принципу «быстро и много», а это в свою очередь требует ее высокой надежности и износостойкости. Основной сложностью при проектировании и изготовлении формы стало осевое базирование пуансона и матрицы друг относительно друга, поскольку наличие осевого смещения даже на пару сотых миллиметра при толщине стенки изделия в 0,4 мм приводило бы к неправильному заполнению гнезда и браку.

Другая форма, но уже одногнездная холодноканальная, была предназначена для изготовления толстостенного изделия технического назначения (рис. 4). В рамках данного проекта специалисты «Т-МОЛД» сначала провели анализ разработанной заказчиком модели изделия на технологичность, а затем адаптировали ее к литью под давлением. Основными требованиями к процессу литья было сохранение всех физико-механических свойств материала изделия, так как оно испытывает воздействие высоких нагрузок и агрессивной среде, а к литьевой форме — предусмотреть возможность ее работы на разных пластиках, в том числе на ПФС при температуре формы 150 °С. Эта оснастка должна была работать по принципу «прочно и точно», а это в свою очередь требует повышенной надежности ее конструкции, точности изготовления ФОД, высокого качества используемых сталей и их обработки. Основными трудностями при изготовлении данной формы были сложная криволинейная плоскость разъема полуформ и наличие двух резьбовых элементов — внутреннего и наружного, которые должны строго соответствовать ответным резьбовым элементам, уже используемым на производстве заказчика.

В компании «Т-МОЛД» считают, что успешно разрабатывать и запускать в эксплуатацию описанные выше и другие формы позволяет многолетний опыт специалистов компании и высококлассное станочное оснащение производства. Другими факторами успеха в реализации проектов с нуля под ключ служат:

• корректная оценка их экономической эффективности;
• разработка и доработка изделия в соответствии с техническими требованиями;
• проектирование и изготовление высококачественной оснастки;
• отработка и наладка производства изделий на изготовленной оснастке и, при необходимости, осуществление пробного контрактного литья;

При этом проведение пусконаладочных работ осуществляется непосредственно на производственной площадке заказчика.

На выставке Fakuma-2021 компания HASCO (г. Люденшайд, Германия) впервые представила изготовленную 3D-печатью компактную горячеканальную систему (ГКС) Streamrunner с очень узким расстоянием между соплами (рис. 5). Перемещение запорных игл осуществляется с помощью пакета плит, приводимого в движение четырьмя пневмоцилиндрами. Принцип 3D-печати подобных ГКС позволяет оптимизировать каналы течения расплава перерабатываемого термопласта, придав им более плавную форму и снизив тем самым напряжения сдвига в расплаве и опасность образования отложений.

Новая разработка HASCO — ГКС Streamrunne Multicolour, сохраняя преимущества предыдущей, открывает новые возможности многокомпонентного, в том числе многоцветного, литья под давлением. Свободный трехмерный дизайн каналов течения, возможный даже с их переплетением, позволяет распределить потоки расплава полимеров разного вида или цвета в очень небольшом пространстве (рис. 6). Компактная конструкция данных ГКС требует меньших размеров форм и, следовательно, литьевых машин меньшей мощности. Кроме того, малая масса коллектора снижает потребление энергии, что приводит к дополнительной экономии средств. Следует добавить, что за эту разработку компания HASCO в 2023 г., по результатам голосования читателей немецкого журнала KUNSTSTOFF MAGAZIN, завоевала первое место в номинации «Производство и конструкция форм» и получила специальную награду «Продукт года».

Компания Hotset, базирующаяся, как и HASCO, в г. Люденшайде, предлагает системы DH (Dynamic Heating) для высокоскоростного динамического (иначе — вариотермического) термостатирования литьевых форм, которые позволяют, с одной стороны, избежать оптических дефектов, а с другой стороны, изготавливать изделия с очень тонкой стенкой и создавать на их поверхности филигранные микроструктуры. Системы DH настраиваются для конкретного пользователя в виде готовых к использованию комплексных блоков (рис. 7), подавать целенаправленные тепловые импульсы в гнезда формы и, по заявлению разработчиков, отличаются малой инерционностью. С их помощью гнезда могут быстро (со скоростью до 60 К/с) нагреваться и охлаждаться, способствуя тем самым сокращению времени цикла по сравнению с традиционными вариотермическими решениями.

В число новых стандартных комплектующих литьевых форм, выведенных на рынок компанией Strack Norma из того же г. Люденшайда, входят ползуны, центраторы, а также фильтры для охлаждающей жидкости, изготовленные из нержавеющей стали и обладающие высокой коррозионной стойкостью и длительным сроком службы (рис. 8). Их предпочтительной областью применения является производство пластиковых деталей медицинского назначения в условиях чистого помещения. Что касается центраторов марок Z60 и Z70, то благодаря малым значениям установочного диаметра и монтажной глубины они оптимально подходят для монтажа в ограниченном пространстве.

Компания Incoe (г. Редермарк, Германия), являясь партнером Hotset и используя систему DH, пошла еще дальше: ее новые вариотермические модули добавляют новые функции к ГКС, включая возможность записи и мониторинга данных термостатирования гнезд формы (рис. 9).

В основе этого инновационного, по мнению Incoe, решения лежит программа Direct-Flo, главной особенностью которой является модульный принцип построения ГКС разных размеров, компоненты которой основаны на одном и том же конструктивном принципе. Так что после сборки одной из этих ГКС полученные данные можно перенести на все другие типоразмеры ГКС. При этом горячеканальные инжекторы вворачиваются в плиту коллектора. В результате отсутствует поверхность контакта с формой в зоне резьбового соединения, что снижае расход энергии за счет меньшего отвода тепла.
Система управления 4.0-Sentinel позволяет регистрировать и контролировать данные процесса литья с помощью датчиков, установленных в ГКС, отражая изменения различных параметров процесса на дисплее (см. рис. 9). В случае отклонений система DH может выдавать соответствующие сигналы тревоги, отображать рекомендации к действию или инициировать аварийное отключение нагревателей горячих каналов.

Российская производственная компания «ИМИД», более 30 лет специализирующаяся на проектировании, изготовлении и сервисе ГКС, за последнее время освоила новые конструкции и технологии, а также расширила ассортимент комплектующих ГКС (инжекторов, нагревателей, коллекторов и пр.). Коснулось это, например, линейки инжекторов специальных серий, в том числе с радиальным впуском, которые широко применяются при литье изделий в многогнездных формах при производстве изделий медицинского и технического назначения (рис. 10). Кроме этого, расширился ассортимент инжекторов с запорными иглами (рис. 11), разработана конструкция ГКС для переработки материалов с высокими абразивностью, например, стеклонаполненных термопластов.

Весной этого года компания вывела на рынок новые системы терморегулирования (блоки управления), обладающие повышенной точностью и стабильностью регулирования температуры, улучшенной помехозащищенностью и простотой в эксплуатации (рис. 12). Это модульные приборы, которые имеют от 1 до 96 зон регулирования и позволяют в случае выхода из строя отдельного модуля заменить его на исправный. По запросу заказчика блок управления может быть укомплектован разъемами с повышенной надежностью.

В текущих реалиях «ИМИД» успешно отвечает на многочисленные запросы по подбору и изготовлению аналогов импортных комплектующих ГКС. В случае необходимости специалисты компании проводят доработку форм заказчиков в целях перевода на горячеканальные комплектующие отечественного производства с последующим сервисным обслуживанием.

Послесловие

Одной из основных тенденций в области проектирования и изготовления литьевой оснастки является цифровизация как процессов прототипирования литьевых изделий, так и аддитивного производства нестандартных элементов форм в виде, например, ФОД, систем термостатирования или выталкивания (рис. 13).

Вместе с тем не утихают дискуссии относительно возможностей 3D-печати в области производства литьевых форм, которая в общем-то уже давно и успешно зарекомендовла себя в быстром и экономичном изготовлении прототипов будущих изделий. Причем преимущества такого решения становтся более ощутимыми при разработке более крупных форм. Так, компания HAIDLMAIR (г. Нуссбах, Австрия), специализирующаяся на производстве крупногабаритной оснастки, предназначенной для изготовления литьем под давлением крупногабаритных пластиковых изделий в виде ящиков и контейнеров (рис. 14), приобрела в свое время для этих целей один из самых больщих 3D-принтеров. В противном случае слишком дорого обошлись бы возможные ошибки в конструкции литьевых изделий и, соответственно, литьевых форм, на этапе отработки режима литья на уже готовой металлической оснастке.

Что касается нестандартных элементов и даже самих литьевых форм, то здесь сторонники 3D-печати (как правило, производители этих элементов) отмечают такие ее преимущества, как быстрый и экономичный выход на серийный выпуск продукции и возможность изготовления, например, конформных систем термостатирования или сложных по форме каналов течения расплава (см. рис. …), неподвластных их классическому производству.

Однако, когда дело доходит до больших объемов выпуска продукции, выигрывает «классика». «При производстве изделий, которые требуется изготовить в кратчайшие сроки и в количестве, не превышающем определенного значения, аддитивное производство в настоящее время — устоявшийся процесс, — считают в компании HASCO. — Однако при большой и очень большой программе выпуска традиционные литьевые формы являются лучшим и наиболее надежным решением с точки зрения производительности, качества и затрат». Это наглядно показала пандемия COVID-19, потребовавшая массового производства защитных масок, которое стало экономически рентабельным только при использовании традиционных форм с гораздо более длительным сроком службы.

Другой хронический недостаток 3D-печати, который отмечают скептики, заключается в большей шероховатости поверхности напечатанных деталей, которая требует от ФОД их последующего шлифования и полирования. Та же шероховатость внутренней поверхности каналов течения или конформных систем охлаждения повышает их гидравлическое сопротивление и ускоряет процессы образования отложений, удаление которых затрудняется или становится невозможным из-за сложной конфигурации этих каналов. Так что дискуссии на эту тему, как и дальнейшие разработки, продолжаются, что, впрочем, на пользу прогрессу в области проектирования и производства литьевых форм.

New Achievements in the Production of Injection Moulds
Each new polymer product manufactured by injection moulding sets new tasks for the mouldmakert. And with all the «advanced» standardization of injection moulds, it is impossible to get away from the issues of designing forming parts, choosing the nesting of injection molds, the type of gating system — cold- or hot-channel, cooling system and many others. Standardization makes it easier to solve these problems, but only easier. The review provides selected examples of new developments in this area.