Введение
Тем, кто не знаком с формами, это может показаться совершенно незнакомым понятием. Однако на самом деле формы используются не только в промышленности, но и являются неотъемлемой частью повседневной жизни. Например, формы для мороженого и шоколада предполагают заливку расплавленного продукта в полую форму, которая затем охлаждается для застывания. Принцип тот же и в промышленности, за исключением того, что расплавленный материал заменяет сырье. Формы широко используются для литье под давлением, выдувное формование, экструзия и литье под давлением.
Итак, главный вопрос — практический. Когда проекту необходима простая форма? Когда требуется что-то более точное? И как на самом деле изготавливаются эти инструменты?
В этой статье изложены различия. Примеры применения — методы производства. После прочтения люди будут знать, какой путь подходит именно им. Никакой лишней информации. Только то, что работает на производственной линии.
Что такое простые формы?
Простая пресс-форма делает именно то, что подразумевает её название. Она изготавливает детали. Ей не нужно идеально воспроизводить их миллион раз. Ей просто нужно какое-то время работать.
Типичные характеристики
В простых формах используются более мягкие материалы. Чаще всего применяется алюминий. Иногда встречается предварительно закаленная сталь. Для очень малых объемов производства даже используют формы из смолы, напечатанные на 3D-принтере. Сроки изготовления короткие. Мастерская может изготовить простую алюминиевую форму за несколько дней, а не недель. Стоимость остается низкой, потому что конструкция проста. Никаких направляющих. Никаких подъемников. Никаких сложных каналов охлаждения.
Допуски
Простые пресс-формы обеспечивают допуски от ±0.1 мм до ±0.5 мм. Этого достаточно для многих деталей: кронштейна, корпуса, некритичной крышки. Но для компонентов, требующих точной подгонки, эти значения слишком велики. Именно тогда клиенты переходят к изготовлению прецизионных пресс-форм.
Материалы
- Недорого. Легко обрабатывается. Рассчитано на тысячи выстрелов.
- Закаленная сталь. Стоит дороже. Прочнее алюминия. Служит дольше.
- Смола, напечатанная на 3D-принтере. Самая низкая стоимость. Самая быстрая обработка заказа. Самый короткий срок службы. Используется почти исключительно для проверки прототипов.
Продолжительность жизни
Диапазон ресурсов широк. Форма из смолы может выдержать 100 циклов литья. Возможно, 200, если обращаться с ней аккуратно. Алюминиевая форма рассчитана на 1,000–10 000 циклов, в зависимости от пластика и геометрии детали. Предварительно закаленная сталь может выдержать 50 000 циклов, прежде чем износ станет проблемой.
Диапазон цен
Простые пресс-формы стоят от 1,000 до 3,000 долларов США. Это вполне по карману для небольшой партии. Стартап может это профинансировать.
Лучше всего подходит для
- Клиентам необходимы детали для проверки формы и соответствия размерам, прежде чем принимать решение о создании производственной оснастки.
- Мелкосерийное производство. Выпуск нескольких сотен или нескольких тысяч деталей.
- Некритичные детали. Компоненты, где отклонение на десятую долю миллиметра не имеет значения.
Простые пресс-формы занимают важное место в процессе изготовления пресс-форм для литья под давлением. Они являются отправной точкой. Они подтверждают правильность конструкции. Затем, при крупносерийном производстве или высокоточной обработке, речь заходит о производстве прецизионных пресс-форм. Это совершенно другой уровень.
Что такое прецизионные пресс-формы?
Высокоточные пресс-формы позволяют изготавливать практически идентичные детали, цикл за циклом, на протяжении миллионов циклов.
Определение и характеристики
Высокоточная пресс-форма изготавливается для исключительной прочности и точной повторяемости. Высокая стоимость. Длительные сроки изготовления. Никаких компромиссов. Инженеры используют закаленную инструментальную сталь, а не алюминий. Они наносят покрытия для уменьшения износа и улучшения извлечения. Конструкция включает в себя сложные каналы охлаждения для регулирования температуры и времени цикла. Каждая деталь рассчитана.
Вот что мы подразумеваем под высокоточным изготовлением пресс-форм. Это не просто более жесткие допуски. Это другая философия. К пресс-форме относятся как к высокоточному станку, а не как к одноразовому приспособлению.
Допуски
Высокоточные пресс-формы обеспечивают допуски от ±0.01 мм до ±0.001 мм. Это в десять-сто раз жестче, чем у простой пресс-формы. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет около 0.07 мм. Эти пресс-формы обеспечивают допуски меньше толщины волоса. Стабильно. Для миллионов деталей.
Материалы
Стандартом является закаленная инструментальная сталь. H13 обеспечивает высокую термостойкость и износостойкость. S7 – ударопрочность. D2 – устойчивость к абразивным материалам. Многие прецизионные пресс-формы также покрываются различными покрытиями: нитридом титана и алюминия (TiAlN), нитридом хрома и алмазоподобным углеродом (DLC). Эти покрытия снижают трение, предотвращают коррозию и продлевают срок службы инструмента.
Продолжительность жизни
Качественно изготовленная прецизионная пресс-форма рассчитана как минимум на 500 000 циклов литья. Многие выдерживают более миллиона циклов. Некоторые при надлежащем техническом обслуживании достигают десяти миллионов и более. Именно поэтому первоначальные затраты оправданы. При распределении на десять миллионов деталей стоимость оснастки на одну деталь становится сущим пустяком.
Диапазон цен
Стоимость прецизионных пресс-форм составляет от 20 000 до 100 000 долларов США. Сложные медицинские или оптические пресс-формы могут стоить дороже. Значительно дороже. Цена отражает качество стали, время обработки, качество обработки поверхности и инженерные затраты, необходимые для проектирования.
Лучше всего подходит для
- Медицинские изделия. Имплантаты, хирургические инструменты, диагностические компоненты.
- Внутренние панели, воздуховоды и несущие кронштейны.
- Компоненты под капотом, корпуса датчиков, детали трансмиссии.
- Разъемы, лотки для SIM-карт, корпуса камер.
- Оптические компоненты. Линзы, световоды, компоненты дисплеев.
В мире литья под давлением прецизионные пресс-формы занимают вершину пирамиды. Простые пресс-формы подтверждают эту концепцию. Прецизионные пресс-формы позволяют производить продукцию в больших масштабах. У тех, кому нужны миллионы идентичных высококачественных деталей, нет реального выбора. Первоначальные затраты высоки. Долгосрочная надежность окупается.
Когда используются простые формы?
Простые пресс-формы занимают важное место в производственном процессе. Клиенты используют их, когда объемы производства невелики, допуски невелики или конструкция находится в стадии изменения.
Низкий объем производства (менее 50 000 деталей)
Это главный фактор. Простая пресс-форма экономически целесообразна при объеме производства менее 50 000 отливок. Стоимость оснастки низкая. Стоимость детали на единицу продукции выше, чем у прецизионной пресс-формы, но общие инвестиции остаются небольшими. Для партий в 1,000 или 10 000 деталей тратить 50 000 на пресс-форму из закаленной стали — неразумно. Алюминиевая пресс-форма на 5,000 деталей выполнит ту же работу за меньшие деньги.
Быстрое прототипирование: и проверка проекта
Клиентам нужны реальные детали, прежде чем приступать к изготовлению производственной оснастки. Простая пресс-форма позволяет быстро и дешево изготовить эти детали. Команда может протестировать форму, соответствие и функциональность. Они могут выявить проблемы на ранней стадии. Затем они вносят изменения в конструкцию и, при необходимости, изготавливают еще одну простую пресс-форму.
Допустимы нестрогие допуски.
Для некоторых деталей жесткие допуски не требуются. Например, кронштейн внутри бытовой техники, крышка, которая защелкивается с достаточным зазором, или одноразовый компонент, для которого допустимы допуски ±0.3 мм. Для таких применений простые пресс-формы обеспечивают достаточные допуски.
Детали низкой стоимости или расходные детали
Подумайте о деталях, которые изначально недороги. Пластиковый зажим. Прокладка. Одноразовый контейнер. Рентабельность каждой детали ничтожно мала. Добавление затрат на изготовление прецизионных пресс-форм сведет на нет экономическую целесообразность. Простые пресс-формы позволяют снизить инвестиции в оснастку, поэтому цена за деталь остается конкурентоспособной.
В каких случаях используются прецизионные пресс-формы?
Простые пресс-формы имеют свои пределы. Если выйти за эти пределы, инструмент выйдет из строя. Детали начнут отклоняться от заданных параметров. Поверхности будут разрушаться. Время цикла увеличится. Именно тогда люди переходят к производству с использованием прецизионных пресс-форм.
Крупносерийное производство (более 100 000 деталей)
Объем производства является определяющим фактором. Простая алюминиевая пресс-форма может выдержать 50 000 циклов. После этого полость изнашивается. Допуски увеличиваются. Детали начинают забиваться или замыкаться накоротко. При объемах производства более 100 000 деталей простая пресс-форма становится ненадежной. Прецизионные пресс-формы, изготовленные из закаленной инструментальной стали, работают миллионы циклов без значительного износа. Первоначальная стоимость выше. Стоимость одной детали за весь производственный цикл ниже.
Жесткие допуски по размерам (менее ±0.05 мм)
Некоторые детали не допускают отклонений. Компонент медицинского прибора с запрессовочной посадкой. Крепление оптической линзы. Корпус зубчатой передачи. Для этих деталей требуются допуски более ±0.05 мм. Для многих требуется ±0.01 мм или меньше. Простые пресс-формы не могут постоянно поддерживать такие параметры. Алюминиевый сердечник деформируется. Температура колеблется. В прецизионном производстве пресс-форм используется сталь, передовые системы охлаждения и жесткая конструкция станков для обеспечения жестких допусков от партии к партии.
Строгие требования к внешнему виду или качеству отделки поверхности (уровень SPI A)
Качество обработки поверхности имеет значение для внешнего вида и функциональности. Поверхность класса А по стандарту SPI имеет зеркальный блеск. Отсутствуют следы от инструмента. Отсутствуют видимые линии потока. Отсутствуют остатки литниковых каналов, которые могут зацепиться. Достижение такой чистоты поверхности требует прецизионной формы. Полость полируется до зеркального блеска. Сталь достаточно тверда, чтобы сохранять этот блеск на протяжении миллионов циклов. Простая форма из алюминия или предварительно закаленной стали не может обеспечить чистоту поверхности класса А по стандарту SPI.
Сложные материалы
Некоторые виды пластмасс разрушают обычные пресс-формы. Нейлон, армированный стекловолокном, абразивен. Для PEEK требуются высокие температуры плавления. Жидкокристаллические полимеры (LCP) обладают высокой текучестью и изнашивают полости. Эти материалы требуют высокоточной обработки при изготовлении пресс-форм. Инструментальная сталь должна быть твердой и износостойкой. Покрытия должны защищать от коррозии и истирания.
Тонкие стенки или глубокие ребра, требующие высокого давления впрыска.
Для заполнения тонкостенных деталей требуется высокое давление. Для уплотнения глубоких ребер также требуется высокое давление. Высокое давление означает высокую нагрузку на пресс-форму. Полость деформируется. Сердечник изгибается. Линия разъема покрывается заусенцами. В высокоточной пресс-формовке это решается за счет усиленной конструкции инструмента. Более толстые пластины. Опорные стойки. Более твердая сталь. Пресс-форма спроектирована таким образом, чтобы выдерживать давление впрыска, которое привело бы к растрескиванию или деформации простого алюминиевого инструмента.
Регулируемые отрасли
Компонент медицинского имплантата не должен выходить из строя. Внутренняя панель аэрокосмической техники должна соответствовать стандартам огнестойкости и дымостойкости. Деталь, обеспечивающая безопасность в автомобиле, должна обладать полной прослеживаемостью. Регулируемые отрасли требуют документированного контроля производственных процессов. Они требуют валидации. Они проводят аудит поставщиков. Точное изготовление пресс-форм обеспечивает стабильность и документацию, необходимые этим отраслям. Простая пресс-форма, даже если она может выдерживать допуски, не обладает необходимой точностью.
Какие методы обычно используются для изготовления форм?
Изготовление пресс-формы — это не единый процесс. Люди используют разные методы в зависимости от материала, сложности и требуемого срока службы. У каждого подхода есть свои преимущества.
Обработка CNC
Это основной рабочий инструмент литья под давлением. Фрезерный или токарный станок с ЧПУ вырезает полость пресс-формы непосредственно из стального или алюминиевого блока. Процесс точен, воспроизводим и хорошо изучен. Для пресс-форм из закаленной стали, предназначенных для производства миллионов деталей, обработка на станках с ЧПУ является основным методом. Черновая обработка удаляет основную часть материала. Чистовая обработка доводит полость до окончательных размеров. В прецизионном производстве пресс-форм широко используются пятиосевые станки с ЧПУ для получения сложных геометрических форм без перепозиционирования заготовки.
Электроэрозионная обработка (EDM)
Некоторые элементы слишком сложны для фрезерования. Острые внутренние углы. Глубокие, узкие ребра. Сложные полости с высоким соотношением сторон. Для таких задач используется электроэрозионная обработка (ЭЭО). Графитовый или медный электрод обрабатывается до получения отрицательной формы желаемого элемента. Затем электрод подносится близко к стальной заготовке. Электрическая искра удаляет материал. Процесс медленный, но чрезвычайно точный. ЭЭО позволяет получать острые углы, недоступные для концевой фрезы. Многие прецизионные пресс-формы имеют элементы, обработанные на станках с ЧПУ и вырезанные электроэрозионным способом, в одном и том же инструменте.
3D-печать (Быстрая оснастка)
Для изготовления прототипов пресс-форм и мелкосерийного производства 3D-печать является оптимальным вариантом. Вставка для пресс-формы печатается непосредственно из смолы или металлического порошка. Срок выполнения заказа составляет несколько дней вместо нескольких недель. Стоимость значительно ниже, чем у изделий из обработанной стали. Компромисс заключается в долговечности. Напечатанная пресс-форма может прослужить от 100 до 1,000 циклов печати, прежде чем износ или перегрев приведут к ее поломке. Мы используем этот метод для проверки конструкции, а не для массового производства.
Как выбрать между простыми и прецизионными пресс-формами
«Итак, какую пресс-форму выбрать: простую или прецизионную? Какая из них подойдет именно мне?» Вот схема принятия решений, которая поможет вам быстро и легко выбрать подходящую пресс-форму для ваших нужд.
| Вопрос 1: Сколько деталей потребуется?
├─ < 50 000 → Вопрос 2 └─ > 50 000 → Вопрос 3
Вопрос 2: Допуски меньше ±0.1 мм? ├─ Да → Простая плесень └─ Нет → Вопрос 3
Вопрос 3: Материал содержит стекловолокно/углеродное волокно ИЛИ требует высоких температур? ├─ Да → Производство прецизионных пресс-форм └─ Нет → Вопрос 4
Вопрос 4: Подпадает ли данная деталь под регулирование (медицинская/аэрокосмическая/автомобильная безопасность)? ├─ Да → Требуется прецизионная пресс-форма └─ Нет → Вопрос 5
Вопрос 5: Бюджет на оснастку менее 10 000 долларов? ├─ Да → Простая форма (единственный практичный вариант) └─ Нет → Высокоточное изготовление пресс-форм (лучшая долгосрочная выгода) |
Обратитесь в компанию NOBLE за лучшими услугами по изготовлению прецизионных пресс-форм.
Компания NOBLE специализируется на CNC-обработка и изготовление пресс-форм для литья под давлениемМы занимаемся этим уже много лет. Прототипы. Серийное производство. Простые пресс-формы. Прецизионные пресс-формы. Мы занимаемся всем этим.
Наши возможности обработки
Этот раздел важен, потому что в статье только что объяснялось, что такое простые и прецизионные пресс-формы. Мы производим и те, и другие. Вот как.
Возможности обработки с ЧПУ
В нашем цехе используется разнообразное оборудование. Трехосевые обрабатывающие центры для простых работ по формованию полостей. Четырехосевые и пятиосевые станки для обработки сложных геометрических форм и подрезов. Фрезерование твердых материалов для инструментальной стали в закаленном состоянии. Эти станки являются основой нашего процесса прецизионного изготовления пресс-форм.
В числе материалов, которые мы обрабатываем, — алюминий для изготовления прототипных пресс-форм, закаленная инструментальная сталь марок H13, S7 и D2 для изготовления прецизионных пресс-форм для серийного производства, нержавеющая сталь для коррозионностойкой оснастки, а также конструкционные пластмассы для специальных применений.
Достижимые допуски очень жесткие. Мы обеспечиваем точность ±0.005 мм (±5 микрон) для критически важных компонентов пресс-формы. Это уровень, необходимый для высокоточного изготовления пресс-форм. Для простых пресс-форм допуски шире. Мы адаптируем процесс в соответствии с требованиями.
Дополнительные услуги включают в себя финишную обработку поверхности, полировку до класса SPI и электроэрозионную обработку острых внутренних углов, недоступных для фрезерных станков. Каждый этап поддерживает нашу технологию литья под давлением. изготовление форм рабочий процесс.
Возможности литья под давлением
Типы производимых пресс-форм: Простые пресс-формы для прототипирования и мелкосерийного производства. Прецизионные пресс-формы для крупносерийного производства. Перемычки для зазора между ними.
Материалы формы: Алюминий для мелкосерийного производства пресс-форм. Предварительно закаленная сталь для среднесерийного производства мостовых пресс-форм. Закаленная инструментальная сталь с покрытием для высокоточных пресс-форм, рассчитанных на миллионы циклов литья под давлением. Для каждого проекта по изготовлению пресс-форм для литья под давлением мы подбираем подходящий материал.
Обработанные материалы детали: Типичные полимерные смолы, такие как ПП, АБС и ПЭ, используются для изготовления деталей общего назначения. Конструкционные смолы, включая поликарбонат, нейлон, полиэфирэфиркетон (PEEK) и стеклонаполненные марки, применяются в сложных условиях. Материалы медицинского назначения используются для медицинских устройств и имплантатов.
Почему стоит выбрать NOBLE для высокоточного изготовления пресс-форм?
В статье объяснялась теория. А вот практическое отличие. Наш процесс изготовления прецизионных пресс-форм отличается от стандартных цеховых методов.
Мы изготавливаем как простые, так и прецизионные пресс-формы. Мы подбираем пресс-форму в соответствии с реальными потребностями, а не предлагаем универсальное решение. Для прототипа используется простая алюминиевая пресс-форма. Для медицинской детали, выпускаемой миллионным тиражом, применяется высокоточная оснастка из закаленной стали, изготовленная с помощью специализированного производства прецизионных пресс-форм. В любом случае клиент экономит деньги.
Сертифицировано для использования в медицинских и высоконадежных изделиях. ISO 13485:2016 для медицинских изделий. ISO 9001:2015 для управления качеством. Эти сертификаты важны для регулируемых отраслей. Клиенты предоставляют нам детали, которые используются в медицинских учреждениях или самолетах. Мы обеспечиваем необходимую документацию и отслеживаемость для этих применений. Наши процессы литья под давлением полностью документированы.
Собственное производство с ЧПУ-обработкой и литьем под давлением. Мы не используем аутсорсинг. Обработка на станках с ЧПУ и литье под давлением осуществляются под одной крышей. Сроки выполнения заказов сокращаются. Ответственность лежит на одном поставщике. Когда возникает необходимость в устранении неполадок, инженер сразу же отправляется к станку. Никаких телефонных звонков. Никаких взаимных обвинений. Такая интеграция крайне важна для производства прецизионных пресс-форм.
Прозрачная обратная связь по проектированию с учетом технологичности производства (DFM). Перед началом резки стали мы проверяем конструкцию детали. Мы сообщаем клиентам, можно ли изготовить деталь лучше или дешевле. Иногда небольшое изменение уменьшает сложность пресс-формы вдвое. Иногда элемент невозможно отлить в том виде, в котором он изображен на чертеже. Мы выявляем эти проблемы на ранней стадии. Это нечасто встречается в литье под давлением.
От прототипа до серийного производства — без сбоев. Проект часто начинается с простой алюминиевой формы для мелкосерийной проверки. Позже спрос растет. Затем мы изготавливаем прецизионную форму из закаленной стали с помощью высокоточного пресс-формования для крупносерийного производства. Та же команда. Та же система контроля качества. Тот же контактный человек. Никаких проблем с переходом.
FAQ
В чём разница между простой и прецизионной пресс-формой?
Простая пресс-форма изготавливается из более мягких материалов, таких как алюминий, имеет меньшие допуски (±0.1 мм до ±0.5 мм) и рассчитана на 100–50 000 циклов литья. Прецизионная пресс-форма изготавливается из закаленной инструментальной стали, имеет жесткие допуски (±0.01 мм до ±0.001 мм) и рассчитана на 500 000–10 миллионов циклов литья.
Когда следует использовать простую форму?
Для серийного производства менее 50 000 деталей, когда допуски ±0.1 мм или меньше допустимы, и для стандартных пластмасс, таких как ABS или PP, без стекловолоконных наполнителей, используйте простую пресс-форму.
Когда следует использовать прецизионную форму?
Для объемов производства более 100 000 деталей, с допусками более ±0.05 мм, для работы со сложными материалами, такими как нейлон, армированный стекловолокном, или PEEK, а также для регулируемых отраслей промышленности, таких как медицинская или аэрокосмическая.
Можно ли с помощью простой пресс-формы изготавливать сложные детали?
Да. Одна лишь геометрия не обуславливает необходимость в прецизионной пресс-форме; простая алюминиевая пресс-форма может использоваться для изготовления сложных форм, если объем производства невелик, а допуски невелики.
Как дешевле всего изготовить форму?
Формы для отливки из смолы, изготовленные методом D-печати, стоят несколько сотен долларов и рассчитаны на 100-200 циклов, что делает их самым дешевым вариантом для проверки прототипов.
Is 3D печать Подходит для изготовления форм?
Для изготовления прототипов пресс-форм — да, быстро и дешево. Для серийного производства — нет, напечатанные на 3D-принтере пресс-формы изнашиваются после сотен циклов печати и не могут конкурировать с обработанными на станках стальными инструментами.
