I. Пластиковые литьевые формы: определение и историческая эволюция
Пресс-форма для литья пластмасс под давлением — это инструмент для формования пластиковых изделий путём впрыска расплавленного пластика в специальную полость с последующим его охлаждением и затвердеванием. Принцип её работы основан на термопластичных или термореактивных свойствах пластика, а эффективное производство достигается благодаря точной конструкции пресс-формы.
Развитие литьевых форм для пластмасс тесно связано с прогрессом в этой отрасли. В середине XIX века, с изобретением целлулоида, пластмассы начали проникать в сферу промышленного применения. Однако ранние процессы литья пластмасс были простыми и не могли удовлетворить требованиям производства сложных изделий. Только в начале XX века, с появлением термопластичных пластмасс и совершенствованием технологий обработки, начали появляться литьевые формы. Первые литьевые формы имели примитивную конструкцию и низкую производительность, и могли изготавливать только простые пластиковые детали. С развитием таких отраслей, как автомобилестроение и электроника, и особенно растущим спросом на комплектующие со стороны производителей автомобильных компонентов, технология литья под давлением пережила бурное развитие. В настоящее время современные литьевые формы позволяют не только производить изделия сложной формы, но и достигать высокоточного литья пластмасс под давлением, отвечая строгим требованиям таких высокотехнологичных областей, как медицина и аэрокосмическая промышленность.
II. Ключевые моменты проектирования пресс-форм для литья пластмасс под давлением
(I) Анализ требований к продукту и оптимизация дизайна
Перед проектированием литьевых форм для пластмассовых изделий крайне важно глубоко проанализировать функции, структуру и эксплуатационные требования к изделиям. Для изделий медицинского назначения, таких как шприцы и инфузионные системы, необходимо обеспечить не только точность размеров, но и соблюдение строгих норм гигиены и безопасности. Это требует использования высокоточной технологии литья пластмассовых изделий под давлением для обеспечения высокой точности и чистоты форм. Для автомобильных деталей, необходимых производителям автокомпонентов, таких как приборные панели и внутренние панели дверей, в процессе проектирования необходимо учитывать их механические свойства и устойчивость к атмосферным воздействиям в различных условиях эксплуатации, а также эстетический вид и удобство сборки. Трехмерное моделирование и имитационный анализ выполняются с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР) для предварительной оптимизации плана проектирования пресс-формы и снижения затрат на последующую модификацию.
(II) Конструкция разделительной поверхности: ключ к открытию и закрытию пресс-формы
Выбор поверхности разъема напрямую влияет на открытие и закрытие формы, извлечение изделия из формы и качество формования. Подходящую поверхность разъема следует выбирать по наибольшему контуру изделия, чтобы облегчить извлечение из формы и уменьшить образование облоя. Для изделий сложной формы могут потребоваться несколько поверхностей разъема или механизмы бокового разъема и тяги сердечника. Например, для формы автомобильной дверной ручки из-за наличия боковой канавки необходимо спроектировать механизм бокового разъема сердечника для извлечения из формы; в то время как для формы медицинского катетера, чтобы обеспечить гладкую и бесшовную поверхность изделия, точность проектирования поверхности разъема чрезвычайно высока, и обычно применяется скрытая конструкция поверхности разъема, чтобы гарантировать, что она не влияет на эксплуатационные характеристики и внешний вид изделия.
(III) Конструкция литниковой системы: транспортный канал для расплавленного пластика
Литниковая система отвечает за подачу расплава пластика, выбрасываемого из сопла литьевой машины, в полость формы. Её конструкция должна учитывать такие факторы, как текучесть, температура и давление расплава пластика, для обеспечения равномерного заполнения полости. Основными компонентами литниковой системы являются литник, питатель, литник и шахта для холодной заготовки. Различные типы литников, такие как боковые, точечные и подлитниковые, подходят для различных требований к продукту. В литье медицинских изделий, чтобы избежать влияния остатков литника на качество продукции, часто используются точечные или подлитниковые литники; при производстве крупногабаритных литьевых деталей, таких как автомобильные бамперы, требуемые производителями автокомпонентов, боковые литники широко используются благодаря большому объёму подачи и простоте формования.
(IV) Проектирование системы извлечения изделий из формы: обеспечение плавного извлечения изделий из формы
Система извлечения из формы предназначена для извлечения изделия из полости формы после его охлаждения и затвердевания. К распространённым методам извлечения из формы относятся извлечение с помощью выталкивателя, выталкивающей пластины и пневматическое извлечение. Для тонкостенных пластиковых изделий, таких как пластиковые стаканчики, извлечение с помощью выталкивающей пластины позволяет избежать следов от выталкивателя и сохранить внешний вид изделия; для медицинских изделий сложной формы может потребоваться сочетание нескольких методов извлечения из формы, чтобы гарантировать сохранность изделий в процессе извлечения из формы. Конструкция системы извлечения из формы требует точного расчёта усилия извлечения и хода выталкивания, а также разумной установки угла наклона для предотвращения прилипания или деформации изделия.
III. Заводы по производству литьевых форм для пластиковых изделий: полный процесс от проектирования до производства
Заводы по производству пресс-форм для литья пластика — важные площадки для преобразования проектов пресс-форм в готовые изделия. Профессиональное производство пресс-форм обычно имеет комплексную производственную систему, охватывающую проектирование, обработку, сборку, отладку и другие этапы.
На этапе проектирования команда опытных инженеров использует программное обеспечение, такое как CAD, CAM и CAE, для проектирования пресс-форм и анализа с помощью симуляции, чтобы гарантировать осуществимость и оптимизацию проекта. На этапе обработки используется современное производственное оборудование, такое как обрабатывающие центры с ЧПУ, электроэрозионные станки, проволочно-вырезные электроэрозионные станки и т.д. Обрабатывающие центры с ЧПУ обеспечивают высокоточную фрезеровку деталей пресс-форм; электроэрозионные станки подходят для обработки сложных форм и материалов высокой твёрдости; проволочно-вырезные электроэрозионные станки часто используются для резки вставок пресс-форм и других деталей.
Заводы по производству пресс-форм для литья пластмасс под давлением также уделяют внимание управлению качеством. Строгий контроль размеров, формы и шероховатости поверхности деталей пресс-форм осуществляется с помощью контрольно-измерительного оборудования, такого как координатно-измерительные машины, чтобы гарантировать соответствие качества пресс-форм установленным требованиям. Кроме того, некоторые высококлассные заводы по производству пресс-форм специализируются на конкретных областях. Например, заводы, обслуживающие литье медицинских изделий, оснащены чистыми производственными цехами и профессиональным оборудованием для изготовления пресс-форм для медицинских изделий, что позволяет им соответствовать особым требованиям к производству медицинских изделий; заводы, обслуживающие производителей автомобильных компонентов, имеют возможность производить крупногабаритные высокоточные пресс-формы для автомобилей, такие как пресс-формы для автомобильных панелей и пресс-формы для компонентов двигателей.
IV. Классификация литьевых форм для пластмасс: профессиональная адаптация к различным сценариям применения
(I) Классификация по природе пластиковых материалов
- Пресс-формы для литья термопластичных пластиков: свойство термопластичных пластиков размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении, а также возможность многократной переработки, делает их одними из наиболее часто обрабатываемых материалов на заводах по производству пресс-форм для литья пластика под давлением. Обычные термопластичные пластики, такие как полиэтилен и полипропилен, широко используются в производстве различных изделий. Конструкция таких пресс-форм должна в полной мере учитывать текучесть, усадку и другие характеристики пластика для обеспечения точности размеров изделия. Например, пресс-формы для производства пластиковых деталей салона автомобиля для производителей автокомпонентов или пресс-формы для производства пластиковых ящиков для хранения бытовой техники в основном используют пресс-формы для литья термопластичных пластиков. В области медицинского литья некоторые некритические медицинские расходные материалы с несколько более низкими требованиями к точности также используют такие пресс-формы для производства.
- Пресс-формы для литья термореактивных пластиков: Термореактивные пластики подвергаются химической реакции сшивания во время нагрева и формования и не размягчаются после формования. Пресс-формы для них требуют более строгого контроля температуры и высокой структурной прочности и часто используются для производства изделий с высокими требованиями к термостойкости и изоляции, таких как электрические выключатели и розетки. Некоторые производители пресс-форм, специализирующиеся на обработке специальных материалов, изготавливают высокоточные пресс-формы для литья термореактивных пластиков по индивидуальному заказу, чтобы соответствовать строгим производственным стандартам.
(II) Классификация по структуре плесени
- Пресс-формы для литья под давлением с однослойной поверхностью: Этот тип пресс-форм, имеющий простую конструкцию, состоящую из подвижной и неподвижной пресс-форм, подходит для производства большинства стандартных изделий, таких как пластиковые тазы и вёдра. Многие небольшие заводы по производству пресс-форм для литья пластмасс под давлением производят большое количество таких пресс-форм для удовлетворения потребностей рынка товаров повседневного спроса. Некоторые производители автомобильных компонентов, которые более требовательны к контролю затрат, также используют пресс-формы для литья под давлением с однослойной поверхностью при производстве деталей салона автомобиля с относительно низкими требованиями к качеству.
- Пресс-формы для литья пластмасс под давлением с двухсторонним разъемом: Пресс-формы для литья пластмасс под давлением с двухсторонним разъемом и дополнительной литниковой плитой подходят для изделий с точечными литниками и высокими требованиями к внешнему виду, таких как корпуса электронных устройств и компоненты прецизионных приборов. В области высокоточного литья пластмасс под давлением, особенно при производстве корпусов медицинских приборов высокого класса, пресс-формы для литья пластмасс под давлением с двухсторонним разъемом позволяют лучше контролировать положение литника и повышать качество и точность внешнего вида изделий.
- Пресс-формы для литья под давлением с боковым разъемом и сердечником: Эти пресс-формы используются для производства изделий с боковыми отверстиями, пазами или выступами, например, соединений трубной арматуры и корпусов автомобильных зеркал заднего вида. Конструкция механизма бокового разъема позволяет производителям автомобильных компонентов изготавливать сложные автомобильные компоненты. В то же время, при литье пластмасс для медицинских изделий некоторые медицинские изделия со специальной конструкцией также используют такие пресс-формы.
- Многоярусные литьевые формы: Многоярусные литьевые формы, позволяющие формовать несколько изделий за один процесс литья, значительно повышают эффективность производства и подходят для массового производства простых изделий, таких как пластиковые крышки для бутылок и одноразовая посуда. Крупные заводы, производящие литьевые формы для пластиковых изделий, отдают предпочтение многоярусным литьевым формам при выполнении крупных заказов, чтобы удовлетворить большой спрос на компоненты от производителей автомобильных компонентов или производственные потребности компаний, занимающихся литьем под давлением в медицинских целях, в производстве основных медицинских расходных материалов.
(III) Специальные типы литьевых форм
1. Горячеканальные литьевые формы: горячеканальные литьевые формы, которые поддерживают пластик в литниковой системе в расплавленном состоянии посредством нагрева, сокращают образование отходов и повышают эффективность производства. Они часто используются при производстве крупногабаритных изделий или изделий с высокими требованиями к качеству, таких как автомобильные бамперы и панели бытовой техники. При изготовлении крупногабаритных деталей экстерьера автомобилей производители автомобильных компонентов выбирают литьевые формы с технологией горячеканальных литьевых форм, чтобы обеспечить высокое качество продукции и эффективность производства. В области медицинского литья, при производстве некоторых корпусов медицинских приборов высокого класса, также начинают использоваться горячеканальные литьевые формы для достижения высокой точности литья пластмасс под давлением.
2. Двухцветные литьевые формы: Двухцветные литьевые формы, в которых можно использовать два разных цвета или материала пластика за один процесс литья, чтобы добиться эффекта двухцветности или двухматериальности изделий, широко используются в таких областях, как электроника и предметы повседневного спроса, например, корпуса мобильных телефонов и ручки зубных щеток. Некоторые производители литьевых форм, стремящиеся к дифференцированному дизайну продукции, используют двухцветные литьевые формы для создания уникальных пластиковых деталей для клиентов. В литье медицинских приборов, некоторые медицинские изделия, для которых необходимо выделить функциональные зоны или улучшить пользовательский опыт, также используют двухцветные литьевые формы для инновационного дизайна.
V. Конструкция литьевых форм для пластиковых изделий: искусство точного комбинирования
(I) Формовочные компоненты
Компоненты литья, включая полости и стержни, являются ключевыми деталями, определяющими форму и размер изделия. Полость образует внешнюю поверхность изделия, а стержень – внутреннюю. Для высокоточных изделий, таких как медицинские катетеры и шприцы, применяемые в медицинском литье, требования к точности обработки полостей и стержней чрезвычайно высоки. Обычно применяется технология высокоточного литья пластмасс под давлением, позволяющая контролировать погрешность размеров в очень малых пределах. Для повышения износостойкости и срока службы для литья деталей часто используют высококачественную литейную сталь, а также проводят термическую и поверхностную обработку, такую как закалка и твердое хромирование.
(II) Компоненты литниковой системы
Компоненты литниковой системы включают в себя литниковые втулки, питатели, литниковые втулки, литники и т. д. Литниковая втулка взаимодействует с соплом литьевой машины и направляет расплав пластика в форму; литник распределяет расплав по каждой полости; литник регулирует расход и давление расплава; холодный шлам собирает холодный материал на входе, предотвращая его влияние на качество продукции. Различные заводы по производству литьевых форм для пластмасс оптимизируют конструкцию литниковой системы в соответствии с требованиями к продукту и производственными процессами, чтобы гарантировать равномерное и быстрое заполнение полости расплавом пластика. При изготовлении пресс-форм для производителей автомобильных компонентов и компаний, занимающихся литьем под давлением в медицинских целях, все больше внимания уделяется деталям конструкции литниковой системы, чтобы соответствовать особым требованиям различных отраслей промышленности.
(III) Направляющие и позиционирующие компоненты
Направляющие и позиционирующие компоненты включают направляющие колонки, направляющие втулки, позиционирующие кольца и т.д., которые используются для обеспечения точного взаимодействия подвижной и неподвижной пресс-форм при открытии и закрытии пресс-формы и предотвращения перекоса пресс-формы. При высокоточном литье пластмасс под давлением точность направляющей и позиционирующей системы напрямую влияет на качество продукции. Поэтому к точности обработки и шероховатости поверхности направляющих колонок и направляющих втулок предъявляются чрезвычайно высокие требования, и для их обработки обычно применяются прецизионные процессы шлифования и притирки. Будь то производство прецизионных пресс-форм для медицинского литья или изготовление крупногабаритных автомобильных пресс-форм для производителей автокомпонентов, надежные направляющие и позиционирующие компоненты являются основой для нормальной работы пресс-форм.
(IV) Извлечение компонентов из формы
Компоненты для извлечения из формы, такие как выталкиватели, пластины-съемники и выталкивающие штоки, выталкивают изделие из формы после его охлаждения и затвердевания. При проектировании системы извлечения из формы необходимо выбрать подходящий метод извлечения из формы и компоновку компонентов в соответствии с формой, размером и свойствами пластика изделия, чтобы обеспечить равномерное распределение усилия извлечения и избежать повреждения изделия. В литье пластмасс медицинских изделий и производстве автомобильных компонентов конструкция системы извлечения из формы особенно важна. Проблемы при извлечении из формы могут привести к браку всей партии пластиковых деталей, что скажется на производственном графике и контроле затрат компаний, занимающихся литьем под давлением медицинских изделий, и производителей автомобильных компонентов.
VI. Материалы для литья пластмасс под давлением: производительность определяет качество
Выбор материалов для литьевых форм для пластмасс напрямую влияет на срок службы пресс-формы, точность литья и стоимость производства. Обычно для изготовления пресс-форм используются такие материалы, как литейная сталь, алюминиевый сплав, цинковый сплав и т. д.
Сталь для пресс-форм – наиболее распространенный материал для пресс-форм. В зависимости от условий применения её можно разделить на углеродистую инструментальную сталь, легированную инструментальную сталь, быстрорежущую сталь и т.д. Углеродистая инструментальная сталь имеет более низкую цену, но меньшую твёрдость и износостойкость и подходит для простых пресс-форм; легированная инструментальная сталь обладает более высокой твёрдостью, износостойкостью и прочностью и часто используется для изготовления пресс-форм среднего и крупного размера, таких как автомобильные пресс-формы и пресс-формы для бытовой техники, отвечая требованиям производителей автомобильных компонентов к прочности и долговечности пресс-форм; быстрорежущая сталь обладает высокой твёрдостью.