Этапы проектирования пресс-формы: от технического задания до 3D-модели

Проектирование пресс-формы — самый ответственный этап производства: ошибка на этой стадии обходится в разы дороже, чем правка готовой оснастки. В этой статье разбираем, как устроен процесс проектирования пресс-формы в ПК «Комплекс-Сервис» — от получения технического задания до выпуска готовой 3D-модели, которая передаётся в производство.

1. Техническое задание: что нужно от заказчика

Проект начинается с технического задания. Чем полнее ТЗ на старте, тем меньше правок понадобится на поздних этапах, когда цена ошибки выше. Для расчёта и проектирования пресс-формы нам нужны:

3D-модель детали (STEP, IGES или аналогичный формат) с чертежом и допусками;
материал литья — конкретная марка пластика, желаемый наполнитель, если есть;
предполагаемый тираж — от этого зависит выбор количества гнёзд и класса стали;
требования к внешнему виду детали — глянец, текстура, наличие видимых линий разъёма;
пожелания по типу литниковой системы — холодноканальная или горячеканальная;
ограничения по литьевой машине заказчика, если форма будет работать не на нашем оборудовании.

Если часть данных отсутствует — например, заказчик ещё не определился с материалом — мы прорабатываем вопрос совместно на этапе анализа изделия, до начала проектирования формы.

2. Анализ технологичности изделия

Прежде чем проектировать саму форму, конструктор проверяет технологичность детали — насколько её геометрия пригодна для литья под давлением. На этом этапе выявляются проблемные места:

неравномерная толщина стенок — риск усадочных раковин и деформации;
поднутрения — места, которые нельзя извлечь из формы без дополнительных механизмов (ползунов, вставок);
острые внутренние углы — концентраторы напряжений, потенциальные точки растрескивания;
расположение линии разъёма — важно для видимых поверхностей детали.

По результатам анализа мы согласовываем с заказчиком возможные доработки геометрии детали — если они нужны — или подтверждаем, что деталь технологична как есть.

3. Концепция формы

На этом этапе определяется общая архитектура будущей пресс-формы:

количество гнёзд — одно- или многогнёздная форма, исходя из тиража и требуемой производительности;
тип литниковой системы — холодноканальная (проще и дешевле в изготовлении) или горячеканальная (меньше отходов, быстрее цикл, выше стоимость оснастки);
расположение линии разъёма и направление извлечения детали;
необходимость дополнительных механизмов — ползунов, вставок, поворотных элементов — для поднутрений;
предварительная схема охлаждающих каналов.

Концепция — это ещё не рабочий чертёж, а принципиальная схема, которую мы согласовываем с заказчиком до перехода к детальному 3D-проектированию. Изменить концепцию на этом этапе значительно дешевле, чем после того, как готова полная 3D-модель формы.

4. 3D-проектирование формы

После согласования концепции конструкторы переходят к детальному проектированию в Pro/ENGINEER (PTC Creo). На этом этапе прорабатываются:

формообразующие детали — матрица и пуансон, вставки;
система охлаждения — расположение каналов с учётом равномерного отвода тепла от всех участков детали;
система выталкивания — расположение и тип толкателей, чтобы не оставлять следов на видимых поверхностях;
направляющие и центрирующие элементы — обеспечивают точное позиционирование половин формы при смыкании;
нормали и стандартные элементы — плиты, колонки, втулки — подбираются под конкретный проект (подробнее о закупке нормалей — на странице «Закупки»).

Результат этого этапа — полная 3D-сборка пресс-формы со всеми деталями, готовая для передачи на производство. Подробнее о самом процессе изготовления — на странице «Проектирование пресс-форм».

5. Moldflow-анализ

Перед тем как чертежи уходят в производство, форма проходит компьютерное моделирование заполнения — Moldflow-анализ. Он показывает:

как расплав заполняет полость формы — есть ли риск незаполнения тонких участков;
места вероятного образования спаев и воздушных ловушек;
распределение давления впрыска и усилия смыкания;
прогнозируемую усадку и деформацию готовой детали.

Если анализ показывает проблему — например, риск незаполнения дальнего угла детали — конструкция литниковой системы или расположение точки впрыска корректируется до того, как форма попадёт на станок. Это значительно дешевле, чем переделывать готовую металлическую оснастку после первых пробных отливок.

6. Выпуск документации проекта

Завершающий этап — выпуск полного комплекта документации, с которым работает производственный цех:

сборочный чертёж пресс-формы;
рабочие чертежи каждой формообразующей детали с допусками;
спецификация нормалей и покупных комплектующих;
схема системы охлаждения;
отчёт Moldflow-анализа.

С этого момента проект передаётся в производство — на ЧПУ-станки для изготовления формообразующих деталей, а затем на сборку. Готовая форма проходит испытания и пробное литьё, прежде чем отправиться к заказчику — этот этап подробно описан на странице «Испытания форм».

Сколько занимает проектирование

Срок проектирования зависит от сложности детали и количества гнёзд в форме — типично от 2 до 6 недель. Простая одногнёздная форма без сложных механизмов проектируется быстрее; многогнёздная форма с ползунами и горячеканальной системой требует более длительной проработки на этапе 3D-моделирования и Moldflow-анализа. На срок также влияет скорость согласования концепции — если заказчик оперативно даёт обратную связь на этапе п.3, проект не простаивает в ожидании ответа.

Частые ошибки на этапе проектирования — и как их избежать

За годы работы мы видим одни и те же проблемы в заявках, которые удорожают или затягивают проект, если их не выявить заранее:

Заявка без 3D-модели, только с 2D-чертежом. 2D-чертёж не всегда однозначно описывает сложную геометрию — расшифровка может занять дополнительное время и привести к неточностям. 3D-модель убирает двусмысленность.
Материал определяется «по ходу дела». Разные пластики по-разному усаживаются при остывании — если сменить марку материала после того, как форма спроектирована под усадку другого пластика, готовые детали могут не попадать в допуски. Материал нужно фиксировать до начала 3D-проектирования.
Занижение планового тиража. Если тираж занижен на этапе ТЗ, а по факту оказывается в разы больше, форма, рассчитанная на меньший ресурс, начинает быстрее изнашиваться. Реалистичная оценка тиража на старте позволяет сразу заложить нужный класс стали.
Игнорирование поднутрений на этапе эскиза детали. Если деталь с поднутрениями проектируется без учёта того, как она будет извлекаться из формы, на этапе концепции может понадобиться пересмотр геометрии — иногда уже после того, как деталь утверждена дизайнером. Раннее вовлечение конструктора пресс-формы в разработку изделия снимает эту проблему.

Большинство таких ситуаций решается на этапе анализа технологичности (п.2) — поэтому мы не пропускаем этот шаг даже для внешне простых деталей.

Если у вас есть 3D-модель детали и вы хотите узнать, сколько будет стоить и сколько займёт проектирование пресс-формы под неё — свяжитесь с нами для расчёта проекта.