Как сделать пресс форму для штамповки металла

Штамповка – один из самых выгодных способов обработки сталей давлением. Для нее необходимы пресс, шайба и матрица, пресс-форма, ножницы. В зависимости от операции (гибка, резка, вытяжка и пр.) нужны разные пресс-формы. Металл подвергается штамповке, как в горячем, так и в холодном виде.

Изготовление пресс-формы – длительный и затратный процесс, требующий высокий уровень подготовки. Без пресс-формы не обойтись при изготовлении многосерийный деталей: дорогое оборудование долго служит и ведет к удешевлению конечного продукта.

Выбор материала

Для пресс-форм используют высокопрочные стали, способные выдерживать ударные нагрузки. Эти стали хорошо закаливаются и обладают высокой вязкостью. Чаще всего применяют 40Х13 и 5ХНМ. Для штампов выбирают прочные стали Ст45, Ст40Х, У8.

Для холодной штамповки применяют гидравлический пресс из-за разнообразия его конфигураций и небольшого расхода металла. Для вырубки и пробивки выбирают инструмент с большим ходом шайбы.

ВАЖНО! Стали У8А и 8ХФ не применяются для изготовления деталей пресс-форм. Сталь У10А тверда после термообработки, но изготовляемые с ее помощью детали придется подвергать дополнительной механической обработке.

Оборудование и этапы производства

Инструментальное обеспечение закладывается в бизнес-проект, поскольку от его полноты и качества зависит эффективность производственной деятельности. Первым делом покупаются тяжелые станки для изготовления пресс-форм. Далее – компьютерное оборудование, с помощью которого проектируются формы. Закупки делаются у официальных дилеров, чтобы исключить проблемы с обслуживанием и сэкономить на ремонте, если потребуется.

Станки и затраты на них в рублях:

гидропневматический пресс (126 тыс.);
фрезерные станки (70 тыс.);
станки с ЧПУ (370 тыс.);
компьютеры, софт (108 тыс.);
литьевое оборудование (81 тыс.);
ручные инструменты, наборы для обслуживания (14 тыс.).

Сумма расходов на оснастку будущего прибыльного производства на этом этапе составит чуть менее 770 тыс. рублей без учета доставки.

Производство пресс-форм

Производство пресс-форм по современным технологиям включает ряд последовательных этапов:

Разработка, согласование ТЗ на пресс-форму. Определяется разновидность литниковой системы, число гнезд, рабочий ресурс формы, цикл процесса литья.
Разработка, проектирование формы. Применяется 3D-моделирование, позволяющее предусмотреть и устранить возможные проблемы (рассчитать усадку и коробление, др.).
Изготовление пресс-формы. Ответственный процесс, включающий ряд мероприятий. Сначала — закупка металла, инструмента для станков с ЧПУ, комплект фрез. Далее – производство деталей формы и их последующая сборка с подгонкой к сопрягаемой паре.
Тестирование. Проводятся литьевые испытания с применением материалов, указанных в ТЗ. Инженеры и конструкторы оценивают работоспособность формы, качество отлитой с ее помощью продукции.
Приемо-сдаточные работы.

Каждая готовая форма представляет собой штучный продукт, стоимость которого быстро окупается в процессе эксплуатации. Срок производства варьируется в каждом отдельном случае.

Способы изготовления

Есть три способа изготовления формы для штамповки:

Переделывание имеющейся пресс-формы;
Изготовление с нуля;
Сборка из готовых материалов.

Первый вариант встречается крайне редко из-за затрат, проще сделать самостоятельно. В странах СНГ создают формы от колонков до формообразующих. Есть тенденция на изготовление пресс-форм по специализации. На разных заводах изготавливают все части формы, в конечном месте их собирают в готовый продукт.

Изготовление форм для штамповки алюминиевых деталей удешевляется путем повторного безремонтного использования пресс-форм, уже отработавших срок на более высокоточных деталях. Алюминиевые детали не имеют жестких допусков, поэтому такой вариант приемлем.

Ассортимент продукции

Бизнес-идея подойдет инвесторам, располагающим значительной суммой капитала. Чтобы охватить потребности производителей пластмассовых и алюминиевых изделий, требуется широкий ассортимент форм. Это формы для изготовления хозяйственных и бытовых изделий, ПЭТ-тары, электроники, канализационной и водопроводной арматуры, др. При наличии соответствующего оборудования можно обеспечить спрос на пресс-формы таких типов:

Одно- и многоместные. Используются для отливки одной и нескольких деталей за цикл;
Семейные. Матрица и пуансон представляют вставки, за счет чего можно разнообразить сферу применения одной формы;
Холодноканальные. Дешевле в изготовлении, но готовые изделия в них дороже по себестоимости;
Горячеканальные. Сложнее в изготовлении, но экономят сырье производителям пластиковых изделий;
С закладными элементами;
С гидравлическими подвижными знаками;
С воздушными толкателями;
Двухкомпонентные и др.

Начать бизнес можно с изготовления самых востребованных пресс-форм в регионе, постепенно дополняя ассортимент с учетом запросов постоянных и новых клиентов.

Изготовление пресс-форм с нуля

Для создания формы необходимо 2 листа или бруса стали в зависимости от формы изделия. Одна часть будет отвечать за подвижную часть конструкции (пуансон), а вторая за матрицу.

Выбрав материалы для заготовок и инструмента, можно создавать форму для штамповки. Имея чертежи детали, проектируется оснастка. С помощью лазера или токарного станка вырезаются отверстия и выемки в заготовках для пресс-формы. Для надежности нужно плотно скрепить две плиты и зафиксировать до окончания работ. Тщательно отладьте литниковую систему. Чтобы изготовить некоторые детали сложного рельефа, может потребоваться фрезерный станок и последующая ручная работа напильником.

Готовое изделие проверяют в работе на пробных изделиях. Это дает возможность узнать результат и подогнать пресс-форму в случае каких-либо неточностей. Литниковая система должна быть налажена для лучшего результата.

Изготовление пресс-формы – процесс сложный, но необходимый для серийного производства деталей.

Как сделать форму

Для МиниТПА не требуется полноценная пресс-форма для литья деталей из пластмасс.

Достаточно сделать формообразующую деталь, являющуюся частью любой пресс-формы.

Форма может состоять из одной-двух-трех и так далее деталей. Главное: они должны плотно соединяться и удерживаться в собранном состоянии в момент впрыска пластмассы. Затем после впрыска форма должна легко разбираться на составляющие, а сама деталь без проблем извлекаться после отливки.

Изготовление формы будет показано на примере выполнения задания литья клипсы для шнура. Этот пример для станка с автоматическим узлом смыкания, модификации для ручного станка также описаны ниже.

1. Отрисовываем изделие.

2. Поскольку деталь небольшая, то таких деталей можно отливать по нескольку штук за раз. Принято решение лить 2 штуки за раз, поскольку требуется небольшое количество изделий.

Рисуется компьютерная модель половины формы, содержащей 2 детали. Впрыск планируется в середине между изделиями. Поскольку требование к изделию не являются высоким, то литьевые каналы принято сделать широкими для более легкого литья.

По углам предусматриваются отверстия с резьбой.

Вы можете скачать zip-архив с файлами этой пластины в формате stp и iges по этой ссылке.

3. Передняя пластина (вторая половина формы) представляет собой гладкую поверхность с отверстием посередине для сопла МиниТПА и также четырьмя отверстиями с резьбой для крепления.

4. Для себя мы разработали набор рамок для крепления разногабаритных форм со множеством сквозных отверстий и с большими отверстиями по углам для посадки на направляющие.

Впоследствии, мы отказались от рамок в исходном виде, оставив от них лишь вертикальные части с бронзовыми втулками.

К отверстиям крепятся формы, размеры отверстия для нашего случая указаны на странице «Чертежи». Вы же вправе выбирать их и располагать так, как требует Ваша деталь.

5. Собираем все конструкцию на станке, делаем пробную отливку. Все готово.

6. В нашем случае, мы доработали форму, оснастив ее толкателями для работы в автоматическом режиме.

Пример работы ниже на видео:

Ссылка на Youtube https://youtu.be/U-Puu40pGjw

Форма для литья в ручном режиме на рабочем столе

Форма для литья в ручном режиме будет иметь минимум отличий: отверстие в ровной пластине делать не нужно — впрыск будет происходить по линии смыкания двух пластин (полуформ).

Форму нужно будет закрепить на рабочем столе. Верхний рычаг будет удерживать форму от раскрытия, второй — двигать весь рабочий стол к соплу для впрыска.

Надеемся, эта информация будет полезной для Вас при проектировании и изготовлении формы.

— еще один пример —

Изготовление двойного дюбеля для монтажа теплого пола

Согласно приведенному выше алгоритму была спроектирована и испытана форма для литья

двойного дюбеля для монтажа теплого пола.

Форма

Форму делали из алюминия по двум причинам. Первая — проверить одну гипотезу (техническое решение), вторая — минимизировать риски в случае неудачи и заодно сэкономить в случае удачи. Все получилось.

Решено было делать форму на два места, чтобы уложиться в габарит 120 мм. Форма проектировалась для литья в автоматическом режиме, оснащена толкателями. Были сделаны каналы для охлаждения, поскольку толщина одной пластины (полуформы) составила более 20 мм.

Ниже приведены фото формы, состоящей из двух половинок, фото толкателей и пластины для крепления толкателей.

Детали отливаются не пополам в полуформах, в полуформу с толкателями деталь погружена чуть глубже, примерно на 2 мм, на глубину боковых зацепов. Так сделано для того, чтобы после отливки детали оставались именно в ней.

Это имело смысл. В самом начале, когда доза еще только подбиралась доза впрыска, при малой дозе деталь оставалась на полуформе, которая ближе к носику. При правильной дозе — оставалась там, где толкатели.

Снятие размеров

Фото оригинала, с которого снимались размеры, приведено ниже. Дюбель под трубу 25 мм белого цвета.

Отливки дюбеля

Заказчик привез с собой несколько полимеров для тестирования. Вес отливки составил 21 грамм, то есть чуть больше 10 граммов составляет вес одного двойного дюбеля.

Первый материал — наш стандартный полипропилен (дюбель оранжевого цвета). Льется обычно, никаких сюрпризов или особенностей. Усадки почти не видно. Не замеряли и не запоминали параметры, поскольку материал дорогой. Просто выгоняли материал, заодно проливали в тестовом режиме. Плюс разогревали форму.

Небольшая вмятина вверху дюбеля — это еще не отработанная доза впрыска, не брак и не усадка.

Второй материал — полиэтилен низкого давления (серо-голубой цвет). Температура переработки в максимальной точке 240 градусов Цельсия. Льется хорошо, но из-за высокой температуры цикл даже с охлаждением составил почти 100 секунд, это категорически не устраивало заказчика. По тактильным ощущениям — очень приятная деталь, тяжеловатая, хорошо лежит в руке.

Появился брак из-за плохого охлаждения на краях формы — усадка выше радиуса. Это нетрудно устранить, просверлив дополнительные каналы охлаждения в требуемых частях.

Третий материал — вторичный (не помню название), под кодовым номером «109» у поставщика (узнаю название — поправлю тест [Парфенов О.Н.]), цвет также непонятный. Низкая температура переработки, чудесно льется, сразу вышли на цикл в 57 секунд. Максимальная температура расплава была в диапазоне 180-190 градусов Цельсия.

Заказчик пожелал еще уменьшить цикл. Нами были даны рекомендации: добавить внешнее воздушное охлаждение, сделать дополнительные каналы для водяного охлаждения, уменьшить ход подвижной полуформы. Время цикла для такой отливки в 40 секунд представляется абсолютно реальным.

Поскольку данный набор мероприятий не входит в регламент тестирования фомы, заказчик будет заниматься этим самостоятельно уже у себя на производстве.

Но главное достоинство этого материала — цена в 60 рублей за килограмм, то есть цена отливки в 21 грамм составляет 1 рубль 26 копеек, или цена материала для литья одного двойного дюбеля — 63 копейки. В магазине такой дюбель стоит 5 рублей.

Внешний вид дюбеля совершенно никак не беспокоил заказчика, на ощупь он гладкий, хотя кажется, что поверхность вся испещрена канавами, царапинами, вмятинами. Материал в гранулах выглядел точно так же, как и само изделие.

Для четвертого материала потребовалось повышение температуры, что потянуло за собой увеличение цикла, поэтому тестирование четвертого материала остановили, толком не начав.

Форма в работе

Фотография формы в работе. Видны трубки охлаждения. Толкатели начинают выталкивать отливку.

Финансовая часть

Прямые затраты для получения результата в виде годной отливки двойного дюбеля для теплого пола составили (все цены по прайс-листу):

Снятие размеров — 5000 руб.
Проектирование — 35000 руб.
Изготовление — 30000 руб.
Тестирование — 15000 руб. Цена на тестирование указана с учетом последующей скидки при покупке оборудования.
Тестирование материала 4 шт. — бесплатно.

Итого: 85ооо рублей.

Мы продолжаем сотрудничество — приступили к проектированию формы (сначала снятию размеров) для следующего в списке изделия: скобы для крепления трубы к пенополистиролу.

Фото оригинала детали ниже.