Как мы изготовили 16-гнёздную горячеканальную форму для производства крышек

Один из показательных проектов последних лет — изготовление 16-гнёздной горячеканальной пресс-формы для производства пластиковых крышек. Заказчику требовалась оснастка, способная стабильно выпускать крышки крупными сериями при коротком цикле литья и минимальном расходе материала. В этой статье — как мы прошли путь от задачи заказчика до серийной формы.

Задача заказчика

Клиент — производитель тонкостенной упаковки, работающий на объёмный рынок сбыта, где решающее значение имеют себестоимость единицы изделия и производительность формы. Требования к проекту:

• крышка стандартного диаметра под резьбовое укупорочное соединение;
• высокая производительность — форма должна была окупать себя за счёт большого тиража;
• минимальный расход материала на изделие — тонкостенная геометрия крышки;
• стабильная геометрия резьбы для герметичного закручивания на протяжении всего срока службы формы.

При таких требованиях одногнёздная или даже 4-гнёздная форма не обеспечила бы нужной производительности — расчёт показал, что оптимальным решением станет 16-гнёздная форма с горячеканальной системой.

Проектирование: почему горячий канал

Для тонкостенной упаковки холодноканальная система означала бы значительный процент литников в общей массе отливки — то есть перерасход материала и лишний этап отделения литника. Горячеканальная система решает эту проблему: расплав подаётся напрямую в каждое из 16 гнёзд без образования литника, что и снижает расход пластика, и сокращает цикл литья за счёт меньшей массы, которую нужно охладить.

При проектировании горячеканальной системы для 16 гнёзд ключевая задача — балансировка: расплав должен доходить до каждого гнезда одновременно и с одинаковым давлением, иначе часть крышек будет отличаться по массе и геометрии от остальных. Мы рассчитали геометрически сбалансированную разводку каналов и подтвердили расчёт через Moldflow-анализ до того, как чертежи ушли в производство — подробнее о самом этапе проектирования пресс-форм можно прочитать в статье «Этапы проектирования пресс-формы».

Особенности тонкостенного литья в многогнёздной форме

Тонкостенная геометрия крышки предъявляет отдельные требования к системе охлаждения формы — тонкая стенка остывает быстро, но при 16 гнёздах важно, чтобы охлаждение было равномерным по всем гнёздам одновременно, иначе часть изделий будет деформироваться при извлечении. Подробнее о требованиях к форме для тонкостенного литья — на странице «Возможности производства».

Резьбовая часть крышки — самый ответственный элемент геометрии: от точности резьбы зависит герметичность укупорки. Формообразующие поверхности резьбы изготавливались с повышенным классом точности и полировкой, исключающей дефекты, которые могли бы повлиять на плотность прилегания крышки.

Выбор материала и его влияние на конструкцию формы

Материал крышки — полипропилен, стандартный выбор для укупорочных изделий благодаря сочетанию эластичности (нужна для защёлкивания и многократного откручивания) и химической стойкости. Особенность ПП — сравнительно высокая усадка при остывании, и её нужно закладывать в размеры формообразующих полостей ещё на этапе 3D-проектирования: если не учесть усадку точно, готовая крышка не попадёт в допуски по резьбе и диаметру. Расчёт усадки был частью Moldflow-анализа наравне с балансировкой горячеканальной системы.

Производство

Формообразующие детали для всех 16 гнёзд изготавливались на ЧПУ-станках с идентичными режимами обработки — это критично для многогнёздной формы: расхождения между гнёздами в десятые доли миллиметра приводят к тому, что часть изделий не проходит контроль качества. Геометрия каждого гнезда проверялась на координатно-измерительной машине до сборки формы, а результаты измерений сравнивались между всеми 16 гнёздами, чтобы отклонения не накапливались при сборке.

Сборка горячеканальной системы — отдельный этап, требующий точности: каждый из 16 горячеканальных сопел выставляется по осям гнёзд с минимальным допуском, а температурные зоны системы настраиваются индивидуально, чтобы компенсировать разницу в длине каналов до дальних и ближних гнёзд.

Испытания и пробное литьё

Перед передачей формы в серийное производство мы провели пробное литьё на собственном литьевом оборудовании. На этом этапе:

• проверили одновременность заполнения всех 16 гнёзд и отсутствие недоливов;
• замерили массу и геометрию крышек из разных гнёзд — отклонение между гнёздами не превысило допустимых значений;
• проверили резьбу на герметичность закручивания с типовым укупорочным элементом;
• зафиксировали параметры цикла литья — время впрыска, выдержки и охлаждения — для передачи в технологическую карту заказчика.

Подробнее о том, как устроены испытания пресс-форм в целом, — на странице «Испытания форм».

Результат

Заказчик получил 16-гнёздную горячеканальную форму, обеспечивающую короткий цикл литья и стабильную геометрию крышек на протяжении всей серии. Горячеканальная система исключила расход материала на литники, а балансировка каналов гарантировала одинаковое качество изделий из всех 16 гнёзд формы.

Что учитывать при заказе многогнёздной формы для упаковки

Из этого и похожих проектов можно выделить несколько практических выводов для заказчиков, планирующих аналогичную оснастку:

• Считайте экономику тиража заранее. Многогнёздная горячеканальная форма стоит дороже в изготовлении, чем одно- или четырёхгнёздная холодноканальная, но при достаточном тираже разница в стоимости единицы изделия окупает эту разницу за счёт скорости и экономии материала. Точку окупаемости стоит считать на этапе выбора концепции, а не после того, как форма уже спроектирована.
• Не экономьте на балансировке горячего канала. Несбалансированная система на многогнёздной форме — частая причина брака: часть изделий получается легче или тяжелее нормы просто из-за неравномерного заполнения гнёзд.
• Закладывайте усадку материала точно, а не приблизительно. Для изделий с резьбой или другой точной геометрией сопряжения ошибка в расчёте усадки на десятые доли процента может вывести деталь за пределы допуска.
• Проверяйте не только «форма льёт», но и «все гнёзда льют одинаково». На этапе испытаний важно замерить изделия из каждого гнезда по отдельности, а не только убедиться, что форма в целом работает.

Если вам нужна многогнёздная форма для упаковки — свяжитесь с нами, чтобы обсудить проект.