В одностадийном инжекционно-выдувном формовании машина и пресс-форма не являются независимыми переменными. Это согласованная система, и каждая существенная проблема с качеством контейнеров, каждый процент брака и каждое ограничение по времени цикла в конечном итоге сводятся либо к ошибке в параметрах процесса, либо к решению, принятому при проектировании оснастки. Понимание того, как работают пресс-формы для одностадийного инжекционно-выдувного формования, каковы критические параметры проектирования и как технические характеристики пресс-формы взаимодействуют с возможностями машины, является основой для стабильного и экономичного производства контейнеров методом одностадийного инжекционно-выдувного формования.
Данное руководство охватывает полный спектр оснастки ISBM — двухэлементный комплект пресс-форм, геометрию заготовки, конструкцию полости выдувной формы, выбор стали в зависимости от области применения, проектирование контура охлаждения, качество поверхности и его влияние на эстетику контейнера, совместимость с различными платформами машин, а также процесс разработки пресс-формы от чертежа контейнера до квалифицированной производственной оснастки.
Независимо от того, выбираете ли вы оснастку для нового контейнера, заменяете устаревший комплект пресс-форм или оцениваете возможность переноса имеющейся оснастки на новое оборудование, это руководство предоставит вам техническую основу для принятия уверенных решений.
Двухэлементный комплект пресс-форм ISBM
Для каждого производственного цикла ISBM требуются два различных инструментальных элемента, работающих в точно заданной последовательности размеров.
Геометрия заготовки: наиболее важное проектное решение.
Конструкция заготовки определяет распределение толщины стенок, качество двухосной ориентации и механические характеристики контейнера более непосредственно, чем любой другой параметр оснастки.
Вес заготовки и распределение смолы
Общий вес заготовки определяет среднюю толщину стенок готового контейнера при заданном коэффициенте растяжения. Распределение этого веса по корпусу заготовки — контролируемое профилем сердечника — определяет, где будет доступен материал на этапе выдувания. Хорошо спроектированная заготовка концентрирует больше материала в зонах, которые должны растягиваться сильнее всего: в области основания для выталкивания и в любых острых выступах или углах. Недостаточная масса материала в этих зонах приводит к образованию тонких участков, которые не проходят испытания на ударопрочность или создают видимые усадочные швы в контейнерах с толстыми стенками.
Коэффициенты осевого и кольцевого растяжения
Коэффициент растяжения — отношение размера готового контейнера к соответствующему размеру заготовки — определяет степень двухосной ориентации стенки контейнера. Для ПЭТ оптимальной двухосной ориентацией, обеспечивающей максимальную прочность на растяжение, газонепроницаемость и оптическую прозрачность, является коэффициент осевого растяжения (ASR) от 2,0 до 2,5 в сочетании с коэффициентом кольцевого растяжения (HSR) от 3,5 до 4,5. Коэффициенты ниже этого диапазона приводят к недостаточной ориентации стенок и снижению их эксплуатационных характеристик. Коэффициенты выше этого диапазона увеличивают риск обесцвечивания под воздействием напряжений или истончения материала до толщины ниже минимальной структурной толщины.
ПЭТГ выдерживает более широкий диапазон коэффициентов растяжения, чем ПЭТ, и может выдуваться при более низких температурах, что обеспечивает большую гибкость в проектировании заготовок для сложных косметических форм. Процесс проектирования заготовки начинается с целевых размеров контейнера и продолжается в обратном направлении через целевые значения коэффициентов растяжения для получения требуемой длины и диаметра корпуса заготовки.
Дизайн ворот и оформление ворот
Литниковый канал расположен у основания заготовки и образует видимый след от литья на дне готового контейнера. В косметической таре след от литья является видимым элементом дизайна — его размер, форма и качество поверхности влияют на восприятие премиальности контейнера. Компания Ever-Power использует конструкции литников с горячим наконечником, которые минимизируют размер следа от литья и создают чистый, небольшой след от литья на дне контейнера — в соответствии с эстетикой, эквивалентной премиальному стеклу. Системы холодного литья и холодных каналов не используются в оснастке ISBM из-за отходов материала и увеличения времени цикла.
Выбор листовой стали в зависимости от области применения
Марка стали определяет срок службы пресс-формы, достижимое качество поверхности, коррозионную стойкость и свойства полировки — каждый из этих факторов имеет решающее значение для конкретных применений в технологии ISBM.
Высококачественная инструментальная сталь для производства элитной косметики методом ISBM. Высокое содержание хрома в стали S136 обеспечивает превосходную коррозионную стойкость в кислых и влажных средах, а полировка до Ra 0,02 — ниже стандарта SPI A-1 — позволяет получить зеркальную поверхность, напрямую конкурирующую с лучшими формами для стекла.
H13 — это инструментальная сталь для горячей обработки, обладающая превосходной прочностью и устойчивостью к термической усталости, что крайне важно для высокопроизводительных литьевых форм, используемых для впрыска ПЭТ при высоких давлениях и температурах. Формы из стали H13 могут быть подвергнуты азотированию для достижения твердости поверхности от 900 до 1100 HV, что увеличивает срок службы полостей в крупносерийном фармацевтическом производстве до нескольких миллионов циклов.
P20 — это стандартная инструментальная сталь для общего применения в системах ISBM, где требования к качеству поверхности скорее хорошие, чем премиум-класса, а объемы производства умеренные. Предварительно закаленная сталь исключает этап термообработки после механической обработки, сокращая время изготовления оснастки. P20 — наиболее экономичный выбор для контейнеров для средств личной гигиены и пищевых продуктов, где требования к прозрачности высоки, но не требуется зеркальная полировка, эквивалентная стеклу.
Сплав бериллиевой меди (BeCu) выборочно используется в качестве вставки в основание выдувной формы и в угловых секциях, где теплопроводность имеет решающее значение. BeCu проводит тепло в 3-4 раза быстрее, чем инструментальная сталь, что позволяет ускорить охлаждение в геометрически сложных зонах — толстых основаниях, малых радиусах и массивных плечевых секциях — без увеличения времени цикла. Вставки из BeCu сочетаются со стандартными стальными корпусами пресс-форм для достижения баланса между стоимостью и тепловыми характеристиками.
Отделка полостей: от зеркальной до матовой
Спецификация качества обработки поверхности является наиболее важным эстетическим решением при проектировании пресс-форм для литья под давлением с использованием технологии ISBM.
Обработка поверхности полости выдувной формы напрямую переносится на поверхность контейнера. Каждая отметина, царапина, след от инструмента и текстура, присутствующие в полости выдувной формы, будут видны на каждом контейнере, изготовленном из этой полости, и будут усилены отражающими свойствами прозрачного ПЭТГ или ПЭТ. Именно поэтому финишная обработка форм ISBM — это специализированный ремесленный процесс, требующий квалифицированных специалистов по полировке, работающих последовательно с различными зернистостями от 400 до 800, 1200, 2000 и, наконец, полировки алмазной пастой для достижения высочайшего качества отделки.
Выбор степени отделки — это проектное решение, принимаемое на раннем этапе разработки спецификации оснастки. Для изготовления пресс-форм с зеркальной полировкой требуется больше времени на механическую обработку, полировку и более бережное обращение во избежание повреждения поверхности, но при этом получается высококачественная тара, розничная цена которой значительно выше, чем у аналогичной альтернативы с матовой отделкой. Экономическая целесообразность использования оснастки с зеркальной полировкой хорошо известна в сегменте престижной косметики и парфюмерии.
Проектирование контура охлаждения и время цикла
Проектирование системы охлаждения является основным фактором, определяющим достижимое время цикла, а следовательно, и стоимость одного контейнера в производстве ISBM.
В процессе выдувного формования необходимо отводить от контейнера достаточное количество тепла, чтобы полимер достаточно затвердел и контейнер сохранил свою форму после извлечения. Недостаточное охлаждение приводит к термической деформации контейнеров — изменению овальности, искажению основания или обрушению плеча — которые не проходят контроль размеров. Чрезмерное время охлаждения увеличивает время цикла и снижает производительность за смену, не улучшая качество контейнеров сверх минимально допустимого порога.
Конструкция контура охлаждения предусматривает размещение каналов с охлажденной водой как можно ближе к поверхности полости, насколько позволяют допуски обработки — обычно на расстоянии от 6 до 10 мм от поверхности полости — и их расположение таким образом, чтобы обеспечить равномерный отвод тепла по всей поверхности полости. Неравномерное охлаждение приводит к дифференциальной усадке, которая проявляется в изменении геометрии контейнера, наиболее заметном как овальность в контейнерах номинально круглой формы и как изменение толщины стенок в контейнерах овальной или сложной формы.
Для косметических баночек из толстостенного ПЭТГ контур охлаждения должен отводить значительно больше тепла за цикл, чем для стандартных тонкостенных ПЭТ-контейнеров, — потому что толстая заготовка передает больше энтальпии в фазу выдувания. Именно поэтому производство косметических баночек из толстостенного ПЭТ на пресс-формах с недостаточным количеством компонентов неизменно приводит к увеличению времени цикла и более высокому проценту брака, чем можно было бы предположить, исходя из номинального времени цикла машины: ограничивающим фактором является термический, а не механический фактор.
Охлажденная вода при такой температуре обеспечивает температурный градиент, необходимый для эффективного отвода тепла от стенок контейнера без образования конденсата на внешней поверхности пресс-формы в большинстве производственных условий.
Расстояние от центральной линии охлаждающего канала до поверхности полости определяет термическое сопротивление между водой и контейнером. Более близко расположенные каналы охлаждают быстрее, но уменьшают площадь стенки формы, доступную для сопротивления давлению выдува.
Время охлаждения составляет от 30 до 45 процентов от общего цикла ISBM для стандартных контейнеров. Грамотно спроектированные контуры охлаждения сокращают этот процент, напрямую повышая производительность без каких-либо механических модификаций оборудования.
Процесс разработки пресс-форм Ever-Power
От чертежей контейнеров до квалифицированной производственной оснастки — структурированный процесс, исключающий неожиданности при вводе в эксплуатацию.
Проверка чертежа контейнера
Инженеры Ever-Power проверяют 3D-модель или 2D-чертеж контейнера заказчика на предмет возможности применения технологии ISBM — проверяют коэффициенты растяжения, целевую толщину стенок, спецификацию резьбы горловины, углы уклона и элементы подреза. Любые элементы конструкции, которые могут создать производственный риск, выявляются, и до начала проектирования оснастки предлагаются альтернативные решения.
Проектирование и моделирование заготовок
Геометрия заготовки проектируется в САПР, а профили толщины стенок рассчитываются для достижения целевых коэффициентов растяжения для заданной смолы. Для сложных форм или контейнеров первого типа используется моделирование потока материала для прогнозирования распределения толщины стенок в выдувном контейнере до начала резки стали, что позволяет выявлять и исправлять проблемы распределения с минимальными затратами.
Утверждение конструкции оснастки
Полные двухмерные чертежи оснастки — сборочный узел литьевой формы, сборочный узел выдувной формы, чертеж заготовки, чертеж штифта сердечника и схема контура охлаждения — предоставляются заказчику на утверждение до начала обработки. На этом этапе обеспечивается соответствие размеров целевому оборудованию и соответствие спецификации контейнера заказчика.
Обработка и отделка на станках с ЧПУ
Обработка полостей и стержней на 5-осевых обрабатывающих центрах с ЧПУ с допуском ±0,01 мм. Последовательная ручная полировка пресс-форм для придания им эстетичного вида с использованием абразивов зернистостью 400, 800, 1200, 2000 и алмазной пасты. Каждая полость проверяется на соответствие размерам с помощью координатно-измерительной машины (КИМ) перед сборкой. Система горячего канала собирается и проверяется на герметичность перед завершением изготовления пресс-формы.
Первый опытный образец и отчет о размерах
Готовый комплект пресс-форм проходит испытания на целевом станке на заводе Ever-Power. Размеры первого образца контейнеров измеряются: внешние габариты, резьба горловины, толщина стенок в заданных точках, вес, а также проводится визуальный осмотр на наличие дефектов поверхности. Заказчику предоставляется официальный отчет о размерах первого образца. Все необходимые корректировки выполняются до отгрузки пресс-формы.
Отгрузка и ввод в эксплуатацию на месте.
Комплект пресс-форм поставляется с полным пакетом документации: файлами САПР, чертежами размеров, отчетом о первом образце, параметрами процесса заводских испытаний и руководством по техническому обслуживанию. Для клиентов, приобретающих станок и оснастку вместе, инженер по вводу в эксплуатацию компании Ever-Power устанавливает и проверяет пресс-форму на новом станке на предприятии заказчика в рамках программы ввода станка в эксплуатацию.
Пресс-формы Ever-Power совместимы со всеми платформами машин EP.
Каждая пресс-форма Ever-Power разрабатывается и проверяется для конкретной целевой машины, что гарантирует совместимость размеров и производительность с первого дня.
Начните свой проект по изготовлению пресс-формы ISBM на заказ.
Пришлите нам чертеж контейнера, целевое оборудование, спецификацию смолы и годовой объем производства. Наши инженеры-технологи оценят целесообразность, разработают геометрию заготовки и предоставят полное предложение по оснастке, включая рекомендации по марке стали, спецификацию качества поверхности, сроки выполнения и цену — в течение 48 часов.
Часто задаваемые вопросы
Технические характеристики и параметры процесса, представленные в данной статье, основаны на инженерном опыте компании Ever-Power и стандартной отраслевой практике изготовления пресс-форм. Конкретные характеристики пресс-формы — достижимая чистота поверхности, время цикла и срок службы пресс-формы — варьируются в зависимости от производственных условий и должны быть подтверждены путем оценки в реальных условиях эксплуатации. Контакты [email protected] или посмотреть наши страница товара, изготовленного на заказ методом литья под давлением чтобы обсудить ваш проект по разработке оснастки.
