Анализ технологического процесса изготовления пресс-форм

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Саратовский государственный  технический университет

имени Гагарина Юрия Алексеевича

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Технология материалов и изделий ЭТ» на тему:

Анализ технологического процесса изготовления пресс-форм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. ЭМСз - 41

                                                                                          Волков С. А.                    

                                                                 Проверил: Балакин А. Н.

 

 

 

 

 

Саратов 2012

 

Содержание

Введение 3

1. Краткий обзор мирового рынка пластмассового производства. 4

2. Технология литья пластмасс под давлением. 6

3. Основные этапы создания пресс-формы 10

   3.1 Этапы разработки и создания пресс-форм 10

   3.2 Стоимости разработки и изготовления пресс-форм 12

4. Конструкция и виды пресс-форм  для литья под давлением. 14

   4.1 Двухплитные пресс-формы 14

   4.2 Трёхплитные пресс-формы 16

   4.3 Горячеканальные формы 18

5. Технологичность конструкции 20

6. Требования к отливаемому  изделию. 24

7. Основные системы пресс-форм 26

   7.1 Система оформляющих деталей 26

   7.2 Система термостатирования (охлаждения) формы  26

   7.3 Литниковые системы 27

   7.4 Системы выталкивания 28

8. Материалы формующих деталей. 30

9. Обработка формующих деталей 32

10. Проектирование формы. 36

Заключение 37

Список использованной литературы 38

 

 

Введение

Наибольшее распространение получили пресс-формы для пластмассовых изделий, которые делят на три группы: прямого прессования, литьевого прессования и для литья под давлением. По числу гнезд пресс-формы бывaют одногнездные и многогнездиые. Пресс-формы классифицируют также по направлению плоскости разъема (с вертикальной или горизонтальной плоскостью разъема) и другим конструктивным признакам. Допуски на детали пресс-форм определяют в зависимости от их назначения. Допуски на формующие элементы принимают на два класса меньше, чем допуск на изделие. Допуски на межосевые расстояния стержней принимаются в 5 раз меньше величины допусков на межосевые расстояния между осями отверстий в пластмассовом изделии. Допуски на детали, обеспечивающие взаимное расположение частей пресс-формы, влияющие на точность изготовляемых пластмассовых деталей, определяют расчетом соответcтвующиx размерных цепей. шероховатость поверхности деталей пресс-форм зависит от ИХ назначения. Шероховатость поверхности пластмассовых Деталей соответствует шероховатости формующих деталей. Поверхности формующих деталей пресс-форм, соприкасающиеся c пресс-материалом, изготовляют c шероховатостью, а = 0,08+0,16 мкм. Исключение составляют волокниcтые материалы марки АГ-4, для которых шероховатость поверхности должна быть не выше Ра = 0,04 мкм. Направление штриха на формующих деталях пресс-форм после полирования должно быть параллельно течению или движению материала прессуемой детали.  Следует указать, что качество полирования влияет на прилипание пресс-материала к формообразующим поверхностям пресс-формы. Наряду c шероховатостью поверхности формующих поверхностей на прилипание пресс-материала оказывает влияние твердость этих поверхностей и способность к схватыванию c пресо-материалом.

 

1. Краткий обзор мирового рынка пластмассового производства.

Мировой рынок промышленных и бытовых изделий из пластмассы имеет стабильную тенденцию развития и роста. Это факт, который подтвержден статистическими данными (обзоры за последние 50–60 лет) ведущих компаний по исследованию состояния мировой экономики в целом и производства полимеров, пластмасс и оборудования для этого производства в частности.

Самыми солидными игроками рынка  пластмассовой продукции и оборудования для ее производства являются порядка 90–100 компаний с самой широкой  географией размещения. Хотя их общее  количество может быть сокращено, если разобраться с процессами глобализации, а именно поглощений, размещения дочерних фирм в более благоприятных регионах и т. д.

В мире в данный момент уже стабильно  сформировалось несколько основных лидеров рынка пластмассового производства. Это азиатский регион, который представлен Китаем, Японией, Сингапуром, Тайванем, Ю. Кореей (общая доля в совокупном объеме производства — около 35–45%). Европейский регион — Германия, Португалия, Италия, Чехия, Латвия, Польша (25–30%). Учитывая географию расположения России (что является огромным преимуществом), ее можно выделить в отдельную группу — евразийскую.

Россия как производитель пресс-форм и оборудования для производства, а также как потребитель пластмассовых  изделий (и промышленного назначения, и бытового), естественно, не стоит в стороне от мировых процессов.

Среднегодовая норма потребления  пластиковых изделий производственного  назначения составляет порядка 15%. И  эта цифра продолжает расти и  увеличиваться с каждым годом. Ведь вытеснение традиционных материалов полимерными приобретает все больший размах. Это естественный процесс — высокое качество, относительная дешевизна и неограниченность (пока) сырья делают свое дело. Бизнес мыслит перспективно.

Россия имеет огромный потенциал  для рынка производства пластмассы с точки зрения сырьевых ресурсов, а также потребления продукции производства. И многие крупные игроки рынка пластмассового производства (что с европейской, что с азиатской стороны) уже оценили этот производственно-потребительский потенциал, о чем свидетельствует рост числа предприятий (от ведущих мировых — филиалы, дочерние, совместные и т. д.) в России.

 

2. Технология литья пластмасс под давлением.

Наиболее распространенным технологическим  процессом для переработки пластмасс  является литье под давлением. При этом методе литья изделие производится путем впрыска под давлением расплавленного материала (пластмассы) в пресс-форму с последующим процессом охлаждения.

Сырьем для литья пластмассовых  изделий являются гранулированные  термопласты, изделия из которых сохраняют возможность повторной переработки в дальнейшем, а также термореактивный порошок — при его переработке происходит необратимая реакция, приводящая к производству неплавкого материала, дальнейшая переработка которого невозможна. Отливка изделия образуется после подачи расплавленного материала через литниковые каналы в пресс-форму и последующей кристаллизации (остывания).

Весь цикл литья осуществляется на термопластавтомате, в который  монтируется пресс-форма. Собственно термопластавтомат состоит из двух основных частей: узла пластикации и узла смыкания. Все движения этих узлов осуществляются гидроприводами, а давление в гидросистеме обеспечивает электродвигатель. Процессами управляет блок ЧПУ – центральный контроллер, который не только задает все параметры цикла литья, но и может управлять внешними устройствами – электро- и гидро- приводами, нагревателями и т. п.

Рис 1. Схема термопластавтомата

1 Узел смыкания. 2 Пресс-форма. 3 Блок  ЧПУ. 4 Узел пластикации. 5 Загрузочный  бункер. 6 Двигатель. 7 Гидравлическая система.

 

Рис 2. Диаграмма цикла литья под давлением.

 

Процесс производства изделия из пластмассы можно условно разделить на несколько  важных, взаимосвязанных друг с другом этапов:

1. Проектирование и изготовление  пресс-формы (основного формующего инструмента).

2. Исходя из требований к будущему  изделию, производится подготовка  и разработка рецептуры сырья  для литья, смешивание материала  с добавками и красителями.

3. Производится выбор метода  переработки материала:

• литье пластмасс под давлением;

• литье с водяным паром;

• литье с газом и т. д.

4. Непосредственно процесс литья.

5. Одним из основных требований  к процессу литья изделия является  соблюдение температурного и  временного режимов, особенно на заключительном этапе изготовления — кристаллизации (остывании) изделия.

Процесс литья под давлением  осуществляется на ТПА (термопластавтоматах) с применением главного формообразующего инструмента — пресс-формы. В  зависимости от производственного плана компании и ассортимента продукции ТПА снабжаются необходимым количеством пресс-форм (как минимум одной).

Пресс-форма — это устройство для изготовления изделий любой  конфигурации и сложности для  ТПА. Типовая пресс-форма состоит  из матрицы (неподвижная часть) и пуансона (подвижная часть). Формирующие плоскости матрицы и пуансона являются негативным отпечатком внешней поверхности будущего изделия. Многоместная пресс-форма может служить для изготовления сразу нескольких деталей.В процессе литья под высоким давлением в формирующую полость подается материал через литниковую систему. Система выталкивания осуществляет съем уже готового изделия. Температура формы регулируется, как правило, водой, которая проходит через каналы охлаждения. Предприятие – производитель пластмассовых изделий должно иметь в своем арсенале определенный набор пресс-форм с различными конструктивными особенностями для конкретного изделия. Процесс разработки и изготовления пресс-форм для определенных изделий довольно трудоемкий и совершенно индивидуальный.

Производители пластмассовых изделий, как правило, сами не изготавливают  пресс-формы, а обращаются за этой услугой  к компаниям, которые специализируются на изготовлении различного промышленного  оборудования, в том числе и  пресс-форм.

По видам пресс-формы разделяются на:

• автоматические, полуавтоматические, ручные;

• стационарные, съемные, полусъемные;

• с одной или несколькими  плоскостями разъема, вертикальными  и горизонтальными

Использование пресс-форм характерно для предприятий, выпускающих массовую или серийную продукцию. Это обусловлено высокой стоимостью разработки и изготовления пресс-формы.

 

3. Основные этапы создания пресс-формы

 

Разработка и изготовление одной  пресс-формы не имеет четких параметров по времени и стоимости. Хотя и существуют типовые временные рамки, например, для изготовления инжекционной пресс-формы — около 90 дней, а выдувной и экструзионной — порядка 2–2,5 недель. Весь процесс разработки и изготовления зависит от сложности пресс-формы, но подразделяется на типовые этапы ее создания.

 

3.1 Этапы разработки и создания пресс-форм

1. Обработка исходной информации  о будущем изделии, полученной  от заказчика. Исходная информация  заказа (изделия) может предоставляться  заказчиком в различных вариантах:

• чертеж;

• математическая модель;

• готовый образец изделия для  последующей оцифровки и моделирования.

2. Техническое задание для исполнителя.  В нем излагаются все требования, которые вы предполагаете увидеть  в будущем изделии: планируемый  материал для изготовления, объем  литья и т. д. При помощи полученных данных разрабатываются параметры пресс-формы, ее ресурс и пр.

3. 3D-проектирование пресс-формы  при помощи программного обеспечения.  Этот этап особенно важен потому, что от правильности построения  компьютерной модели пресс-формы зависит ее соответствие параметрам при изготовлении из металла. При 3D-проектировании модели производится:

• учет припусков, усадки, анализ и  построение уклонов;

• генерация пуансона и матрицы;

• построение толкателей, плит, колонок;

• кроме этого, создается база типовых элементов пресс-форм.

На этапе 3D-проектирования заказчик может оценить дизайн изделия, просмотреть  его со всех сторон, проверить, как  изделие собирается, произвести моделирование  процесса литья, проконтролировать  мощности ТПА и пригодность заложенного в документации материала для переработки и т. д.

4. Создание образца изделия (прототипирование  или выращивание моделей). Этот  этап производится по желанию  заказчика, т. е. он не является  обязательным, если существует уверенность  в том, что получилось. Не все предприятия – изготовители пресс-форм оказывают услугу по выращиванию, но тем не менее рассмотрим основные методы прототипирования:

• Стереолитография — при помощи лазера, воздействующего на массу  светочувствительной смолы, получается модель будущего изделия.

• Послойное спекание порошкообразного материала (полиамид, полистирол) под  воздействием лазерного луча. Достоинством этого метода является то, что параметры  изделия максимально приближены к реальным, и даже возможна нагрузочная  проверка на образец.

• Послойное выращивание модели при помощи принтера и технического воска.

• Послойное склеивание модели из картона. Этот метод уже не должен применяться из-за пришедших ему  на смену современных технологий.

5. Непосредственное изготовление пресс-формы.

6. Изготовление на полученной  пресс-форме образца изделия из  пластмассы. Проверка всех параметров  изделия и при необходимости  доработка формы.

7. Изготовление пресс-форм в  необходимом количестве (в соответствии  с заказом).

 Приведенная выше технология позволяет производить пресс-формы любой сложности.

 

3.2 Стоимости разработки и изготовления пресс-форм

Зачастую обращение к производителю  оборудования начинается с вопроса  потенциального заказчика: «А сколько  у вас стоит изготовить пресс-форму?». И исполнители воспринимают этот вопрос как риторический. Если мы говорим о качественно изготовленных пресс-формах, а именно о них мы и говорим, то их цена может достигать нескольких десятков (сотен) тысяч долларов. На ценообразование влияет целая масса факторов. Так, например, стандартная пресс-форма для полуавтомата выдува ПЭТ тары (5л) стоит от 45000 рублей, а для многогнездового автомата выдува стоит от 28000 рублей за одно гнездо пресс-формы. А для изготовления дна разборного пластикового ящика — от 30000$ США.

В первую очередь стоимость изготовления качественной пресс-формы формируется  ее сложностью. Но существует нижний уровень  стоимости пресс-форм для мелкосерийного литья пластмасс, и этот уровень  не может опускаться в среднем  ниже, чем 40000 рублей. Не стоит забывать, что речь идет о серийном (пусть и мелко-, но серийном) производстве пластмассовых изделий. Значит, прежде чем организовывать их производство, заказчик произвел все расчеты и свел в одну цифру расходы и доходы, не забыв при этом учет рисков. При определении того, выгодна ли вам та или иная пресс-форма и ее стоимость, не следует забывать, что качественно разработанная и изготовленная пресс-форма отработает весь расчетный ресурс циклов. А это значит, что она окупит себя и принесет прибыль предприятию. Кроме того, качественная пресс-форма при правильной эксплуатации и обслуживании перерабатывает расчетный ресурс, не теряя при этом качества изделия. Задача производства — применять для переработки качественный материал. Качественно выполненные пресс-формы имеют прямое отношение к производительности оборудования для изготовления пластмассовых изделий, количеству циклов и в итоге качеству выпускаемых изделий, что напрямую связано с их реализацией.