Деталі прес-форми не такі вже й таємничі, якщо ви зібрали кілька інструментів для ремонту. Серцевина становить внутрішню поверхню, порожнина — зовнішню, а все інше є лише для того, щоб підтримувати ці дві частини або переміщувати речі. Але деталі стають безладними залежно від того, що ви ліпите, і від того, скільки часу має служити інструмент.
Сталь P20 — це те, що більшість вітчизняних магазинів використовують для інструментів загального призначення. Коштує приблизно 5,40 доларів США/фунт від Castle Metals, коли ми замовили 1800 фунтів у березні 2024 року. Це попередньо -загартовано до 30 HRC, тож ви можете обробляти його без термічної обробки, що економить тижні поза графіком. Для форми-основи середнього розміру, можливо, 18"x24", ви шукаєте 400-500 фунтів сталі лише для блоків серцевини та порожнин.
H13 коштує дорожче, і машини працюють повільніше, але ви отримуєте кращу зносостійкість. Ми використовуємо його лише тоді, коли клієнт працює зі склонаповненими-матеріалами або хоче термін служби понад 200 тисяч. Твердість після термічної обробки становить приблизно 50 HRC проти 30 для P20, що означає твердосплавні інструменти та повільніші подачі. Для будь-яких тонких деталей необхідна електроерозійна форма, оскільки ви не можете ефективно фрезерувати загартовану сталь.
Виштовхувальні шпильки здаються простими, поки вони не є такими
Стандартні круглі виштовхувачі від Progressive Components коштують приблизно 8-12 доларів США залежно від діаметра. Проблема полягає не у вартості, а в тому, щоб вони надійно працювали протягом десятків тисяч циклів без задирання отвору.
Минулого року ми створили інструмент для виштовхувальних штифтів обшивки салону автомобіля - 32, оскільки деталь мала складну геометрію. Після 8000 циклів шість шпильок періодично заїдали. Зірвав прес-форму та виявив подряпини на штифтах, де вони проходили через виштовхувальну пластину. Оздоблення отвору було 32 Ra, тоді як мало бути 16 Ra або краще. Ми платимо за те, що ми не виявили його під час приймання форми.
Виправили це, витягнувши всі штифти, відполірувавши отвори до 12 Ra та встановивши азотовані штифти. Азотовані штифти коштують приблизно 14 доларів за штуку проти 9 доларів за стандартні, але твердість поверхні стрибає до 65 HRC. Інструмент провів ще 40 000 циклів, перш ніж ми побачили проблеми.
Виштовхувачі лез відрізняються - ви використовуєте дротяну електророз’ємну форму спеціальної форми замість того, щоб використовувати круглий приклад. Триває вічно і відповідно коштує. Виготовив набір для корпусу батареї, який витратив 2100 доларів на обробку, тоді як круглі штифти коштували б, можливо, 400 доларів. Але круглі шпильки не спрацювали б із глибокими ребрами в цій частині.
Канали охолодження мають набагато більше значення, ніж люди думають
Тривалість циклу в основному контролюється тим, наскільки швидко ви можете охолодити деталь. Ми виміряли це на поліпропіленовому корпусі товщиною стінки - 8 мм, температура форми 180 градусів F. З лініями охолодження діаметром 3/8 дюйма, розташованими на відстані 1,2 дюйма від поверхні порожнини, час охолодження становив 38 секунд. Змінив інтервал між рядками на 0,7" і зменшив його до 26 секунд.
Це 12-секундне скорочення не звучить як багато, поки ви не використовуєте 500 000 деталей на рік. Економія приблизно 1660 годин друку щороку, що при швидкості роботи машини в розмірі 65 доларів США за годину становить понад 100 тис. доларів США за рахунок зниження виробничих витрат. Проте модернізація лінії охолодження додала лише 3500 доларів США до вартості інструменту.
Конформне охолодження за допомогою 3D-друкованих форм-вставок може скоротити ще на 20-30% часу охолодження, але ви платите 95-115 доларів США за кубічний дюйм друкованого матеріалу. Ми провели аналіз витрат на форму для медичного пристрою — друкована вставка мала коштувати 18 000 доларів США проти 4 000 доларів США за звичайне охолодження зі свердлінням. Окупність становила 14 місяців при їхньому обсязі виробництва, тому вони перейшли на це.
Інша справа – терморегулятори. Дешеві з Китаю коштують 1800-2500 доларів і мають жахливу температурну стабільність – ми виміряли коливання ±8 градусів F на одному пристрої. Пристрої Thermal Care коштують 6500-9000 доларів США, але витримують ±1 градус F. Для інженерних смол, де точність температури форми має значення, за це варто заплатити.
Швидкість потоку через канали охолодження має досягати турбулентного потоку - число Рейнольдса вище 4000 або близько того. Ми протестували це з різними насосами на інструменті - при 2 GPM через лінії 3/8", потік був ламінарним, а охолодження затягувалося. Підвищили його до 5 GPM і температури вирівнялися. Перехід до 8 GPM не допоміг, просто витратили потужність насоса.
Типи воріт і безлад, який вони викликають
Краї воріт залишають видимий слід, який потрібно обрізати. Простий у верстаті, але ви платите комусь за те, щоб він вручну обрізав деталі або налаштував пристосування для обрізки. До промислових деталей нікого не хвилює, до споживчих товарів це неприйнятно.
Затвори підводного човна зрізаються під час катапультування, тому немає ручного обрізання. Канал затвора тунелює під поверхнею деталі при тязі 5-7 градусів. Якщо кут тяги неправильний або діаметр воріт завеликий, ворота не зрізаються чітко, і ви отримуєте розриви матеріалу в місці воріт.
Якби це трапилося з косметичною частиною корпусу, - ворота були вказані з діаметром 0,060 дюйма, але були виготовлені на 0,072 дюймів, оскільки хтось неправильно прочитав креслення. Деталі вийшли з грубими шрамами на воротах, які не відповідали характеристикам зовнішнього вигляду. Нам знадобився цілий день, щоб переробити зону воріт і тестові знімки, перш ніж ми повернулися до специфікації.
Гарячі канавки повністю усувають відходи канавок, але ви витрачаєте 18 000-30 000 доларів США на колекторну систему для інструмента з 4 порожнинами. Технічне обслуговування постійне - забиваються форсунки, виходять з ладу термопари, перегорають стрічки нагрівача. Ми витрачаємо 1500-2500 доларів на рік на ремонт гарячих каналів інструментів середньої складності.
Деякі матеріали взагалі не будуть працювати в гарячих канатах. Одного разу ми спробували запустити ПВХ у гарячому каналі - жахлива ідея. Матеріал руйнується при підвищених температурах, і ви отримуєте виділення HCl, який роз’їдає все. Зрештою, незважаючи на відходи матеріалу, він повернувся до холодного каналу.
Засувки клапанів забезпечують точне керування заслінками, але кожен вузол штифта клапана коштує 1800-2400 доларів США. Для інструмента з 8-порожнинами, який коштує майже 20 000 доларів США лише на обладнання для воріт, а також вам потрібен гідравлічний або пневматичний привід. Має сенс лише для-додатків високого класу, де косметика воріт і узгодженість кадрів є критичними.
Побічні дії зазнають невдачі в передбачуваних моделях
Кутові штифти відтягують слайди назад, коли форма відкривається. Стандартний кут становить 18 градусів від вертикалі - крутіше, ніж це, і ви отримуєте надмірні бічні навантаження, дрібніші, і штифт має бути надто довгим. Ми використовуємо діапазон 15-20 градусів залежно від обмеженого простору.
Штифти виходять із ладу, коли діаметр змінюється -, наприклад змінюється діаметр від 0,500 дюйма до 0,375 дюйма. Різкий радіус переходу створює концентрацію напруги, і ви отримуєте втомне розтріскування після 25k-40k циклів. Якби партія кутових штифтів вийшла з ладу після 32 000 циклів на скляному нейлоновому інструменті. Змінено радіус переходу з 0,020" до 0,080" і азотовано контакти, що вирішило проблему.
Зношувані пластини під полозками потребують заміни приблизно кожні 60 000 циклів. ПТФЕ з бронзовим- наповненням є стандартним матеріалом - коштує близько 45-65 доларів США за пластину від Misumi залежно від розміру. Заміна може займати 90 хвилин, якщо ви розрахували на зручність обслуговування. Деякі інструменти мають зносостійкі пластини, де вам потрібно 4 години демонтажу, щоб отримати до них доступ. Поганий дизайн.
Гідравлічна тяга сердечника повністю пропускає кутовий штифт - гідравлічний циліндр лише штовхає серцевину всередину та назовні. Набагато більше гнучкості в напрямку спрацьовування, і ви можете використовувати більші сердечники. Циліндр коштує 1400-2200 доларів залежно від розміру отвору та довжини ходу. Більшість формувальних машин мають допоміжну гідравліку, яка може працювати з 2-3 ядрами, крім цього вам потрібен зовнішній блок живлення.
Вентиляція ігнорується, доки не залишиться слідів від опіків
Затримане повітря стискається під час ін’єкції та нагрівається до 700-800 градусів F, що спалює пластик і залишає чорні сліди. Стандартні вентиляційні отвори мають глибину 0,0008-0,0012 дюйма по лінії розділення — достатньо глибокі для повітря, але надто дрібні, щоб пластик проникав крізь них.
На практиці вентиляційні отвори забиваються виділеннями цвілі та деградованою смолою. Ви чистите їх щотижня латунними щітками або дробеструйною обробкою. Кожна форма займає близько 30 хвилин, якщо вентиляційні отвори є доступними, і довше, якщо вони розташовані в складній зоні перекриття.
Пористі вентиляційні заглушки коштують 95-140 доларів США за штуку, але працюють набагато краще, ніж оброблені вентиляційні отвори у вузьких місцях. Спечений метал є пористим у масштабі 25-30 мікрон, тому газ виходить, але пластик не може проникнути. Ми встановлюємо їх у глибоких ребрах або складних геометричних деталях, де звичайна вентиляція не працює.
Деякі будівельники зараз використовують лазерну абляцію для мікро-вентиляції - спалює канали глибиною 0,0003-0,0006 дюйма, які менш схильні до спалаху. Ми не пробували це самі, оскільки у нас немає лазерного обладнання. Ймовірно, потрібно виконувати аерокосмічну чи медичну роботу, щоб виправдати ці інвестиції.
Коли дешеві компоненти руйнують ваш день
Один раз купив зворотні штифти виштовхувача, щоб заощадити 180 доларів США на збірці інструменту. Булавки виміряли 36 HRC замість зазначеного мінімуму 48 HRC. Після 4200 циклів головки штифтів виросли в формі грибів і застрягли в пластині виштовхувача. Цвіль заблокована повністю.
Довелося все розібрати, замінити всі шість зворотних штифтів на відповідні одиниці твердості та почистити пошкоджені отвори пластини виштовхувача. Втрачено три дні виробництва та спалено 1800 доларів США на терміновий ремонт. Ось що відбувається, коли ви дешевше купуєте компоненти на 30 доларів.
Направляючі штифти та втулки контролюють вирівнювання форми. Стандартний зазор становить 0,0007-0,0010 дюйма в діаметрі для плавної роботи без липкості. Ми специфікуємо напрямні штифти з алмазним-покриттям від DME за ціною 135 доларів США за штуку для інструментів, що працюють з абразивними матеріалами — вони служать у 6-8 разів довше, ніж штифти без покриття.
Втулки литників від Strack або Hasco коштують $80-120 кожна залежно від радіуса носа та діаметра воріт. Радіус, де литник зустрічається з соплом, має значення - занадто гострий, і ви отримаєте концентрацію напруги та можливе розтріскування. Ми використовуємо мінімальний радіус 0,500" для інструментів з холодним каналом, більший для колекторів з гарячим каналом.
Формування вставки ускладнюється
Металеві вставки потребують точного встановлення - навіть зміщення на 0,015 дюймів може спричинити проблеми з розмірами. Пружинні-фіксуючі штифти утримують вставку на опорних поверхнях під час закриття форми. Штифти коштують приблизно 25-40 доларів США за штуку від Misumi або Fibro, досить стандартного компонента.
Утримання вставки залежить від механічного блокування. Накатки на циліндричних латунних вставках покращують силу висмикування на 35-40% порівняно з гладкими вставками на основі тестування, яке ми проводили з нейлоном 6/6. Алмазна накатка працює краще, ніж пряма, оскільки ви отримуєте більшу площу поверхні.
Ми виконали проект накладки, де для першого знімка ABS потрібно було 5 годин витримки в атмосфері перед другим знімком TPE. Дещо про стабілізацію розмірів перед формуванням - інженер не пояснив це добре, але це те, що рекомендував постачальник смоли. Це означало, що нам потрібні були запасні запаси та простір у стелажах, що ускладнювало планування виробництва.
Дво{0}}форми дозволяють уникнути проблеми з інвентарем, виконуючи обидві дії за один цикл. Форма обертається або індексується між станціями. Але вартість інструментів зростає до 45 000-65 000 доларів США проти 12 000-18 000 доларів США для послідовного формування. Має сенс лише на дійсно великих обсягах.
Чому алюмінієві інструменти все ще мають місце
Алюмінієві машини в 4 рази швидше, ніж інструментальна сталь. Порожнина, фрезерування якої займає 28 годин у H13, займає, можливо, 7 годин у алюмінії QC-10. За тарифом магазину 90 доларів за годину це серйозні гроші.
Проблемою є довговічність інструменту - алюміній придатний для 8 000–12 000 циклів залежно від смоли та умов. Добре підходить для створення прототипів або мостових інструментів, але ви не можете запустити обсяги виробництва. Алюміній QC-10 коштує близько 9,50 доларів США за фунт проти 5,40 доларів США за сталь P20, тому вартість матеріалу вища, але економія на обробці з лишком компенсує це.
Деякі будівельники використовують алюмінієві порожнини зі сталевими сердечниками та вставками для воріт. Ми зробили це для 35 000 партій деталей - заощадили приблизно 6 500 доларів США на вартості інструментів порівняно з усіма-сталевими конструкціями. Алюмінієва порожнина зношилася приблизно за 32 000 циклів і потребувала незначного полірування, але витримала роботу.
Кірксит навіть дешевший за алюміній, але я ніколи не бачив, щоб його використовували для справжнього лиття під тиском. Можливо, для застосувань із-низьким тиском, але не для стандартного впорскування.
Пропоноване доповнення до кінця статті
Якщо ви шукаєтеДеталі для лиття під тискомі хочете уникнути головного болю, про який ми тут розповідали, знайдіть магазин, який дійсно розуміє основи інструментів. Дешеві ціни нічого не значать, коли форма виходить з ладу після 15 000 циклів, тому що хтось використав сміттєві компоненти або пропустив належну вентиляцію.