Разработка и изготовление пресс форм

Когда слышишь ?разработка пресс-форм?, многие представляют просто фрезеровку металла по чертежу. На деле это всегда компромисс между идеальным проектом и технологическими ограничениями. Помню, как в 2003-м мы полгода переделывали оснастку для бутылок коньяка — заказчик требовал идеальной прозрачности стекла, а литниковые каналы давали пузыри. Пришлось пересматривать всю систему охлаждения.

Почему проектирование — это 70% успеха

В ООО ?Чэнду Синьчжи Индастриз? до сих пор вспоминают случай с пресс-формами для косметических флаконов, когда конструктор пренебрёг анализом усадки стекла. Готовая партия в 8000 штук ушла в брак — стенки получались разной толщины. Теперь все новые проекты проходят трёхэтапную проверку: математическое моделирование, 3D-печать прототипа и тестовые отливки на мини-прессе.

Особенно сложно с художественными изделиями. Для рельефных ваз мы иногда делаем разборные матрицы с клиновыми замками — собрать такую конструкцию без микроскопических зазоров дороже, чем стандартная разработка пресс-форм, но иначе рисунок ?плывёт? на стыках.

Кстати, про оборудование: пятикоординатные станки MAZAK действительно спасают в таких случаях, но их настройка занимает до двух дней. Часто проще сделать электрод и прошить ЭРОН, чем ждать перепереналадки.

Материалы: от ЧШГ до жаропрочной стали

Для серий до 50 тысяч циклов до сих пор используем чугун ЧШГ — дешево и ремонтопригодно. Но для медицинских пузырьков, где важна стерильность, перешли на сталь 4Х13. Правда, пришлось закупать плазменные наплавочные аппараты — без них кромки матрицы начинают крошиться уже после 10 тысяч отливок.

Самая большая ошибка — экономить на термообработке. Как-то раз поставщик сэкономил на отпуске стали 5ХНМ, и оснастка для изоляторов потрескалась при первом же тестовом запуске. Убыток — 400 тысяч рублей и сорванный контракт с энергетиками.

Сейчас для ответственных заказов всегда делаем пробные шлифы — смотрим структуру металла под микроскопом. Металлографический анализатор в нашем цеху почти не простаивает.

Точность против скорости

Лазерные 3D-сканеры сократили время проверки изготовления пресс-форм втрое, но появилась новая проблема — операторы стали доверять цифрам больше, чем практическому опыту. Как-то сканер показал отклонение в 3 микрона, а на деле это была пыль на эталоне. Пресс-форма прошла приёмку, а в серии дала брак 12%.

Для стеклянных поршней до сих пор используем ручную притирку — никакой ЧПУ не даст нужной чистоты поверхности. Станочники ругаются, но когда видят, как стекло отстаёт от идеально отполированной матрицы — понимают, почему мы не переходим на полностью автоматизированную обработку.

Кстати, про лазерную сварку: она отлично подходит для ремонта трещин в пресс-формах для стеклянных изделий, но только если дефект вовремя обнаружен. Однажды пришлось вырезать целый сектор размером с ладонь — клиент три месяца эксплуатировал оснастку с микротрещиной, и та разошлась по всей рабочей поверхности.

Когда теория расходится с практикой

В 2018-м мы внедряли систему ?цифровой двойник? для пресс-форм алкогольных бутылок. Программа идеально просчитала тепловые деформации, но не учла вибрации от соседнего гидравлического пресса. Результат — горловины получались с волнистой поверхностью. Пришлось ставить дополнительные демпферы и переписывать половину алгоритмов.

Сейчас для каждого нового заказа делаем минимум три пробные отливки на разных режимах. Особенно капризны тёмные стекла — они иначе ведут себя при охлаждении. Для матовых поверхностей вообще отдельная история: приходится делать пескоструйную обработку матриц с точностью до микрона, иначе текстура получается неравномерной.

Кстати, о пресс-формах для посуды: самый сложный проект был с ребристыми салатницами. Рассчитывали, что стекло будет равномерно заполнять тонкие рёбра, но на практике оно застывало быстрее у краёв. Пришлось проектировать подогрев периферийных зон — добавили каналы для термостатирования, что увеличило стоимость оснастки на 40%, но зато брак упал с 25% до 0.3%.

Перспективы и тупиковые ветви

Сейчас экспериментируем с 3D-печатью матриц из жаропрочных сплавов — пока дорого, но для штучных художественных изделий уже выгоднее фрезеровки. Правда, пористость остаётся проблемой — после спекания всё равно приходится доводить поверхности вручную.

А вот от быстрого прототипирования силиконовых форм для стекла отказались — не выдерживают температуры выше 300 градусов. Хотя для тестирования дизайна иногда используем, если клиент хочет увидеть макет до начала основного производства.

Из последних наработок — комбинированные пресс-формы с керамическими вставками для особо сложных рельефов. Срок службы пока меньше, чем у стальных, но для мелкосерийных коллекционных изделий — оптимальный вариант. Как раз для одного московского завода ёлочных игрушек делали такие — стеклянные шары с гравировкой.

Оборудование как инвестиция

Закупая обрабатывающие центры MAZAK, мы рассчитывали на универсальность, но для прецизионных медицинских пузырьков всё равно пришлось докупать швейцарские станки с ЧПУ. Разница в точности всего 2-3 микрона, но для стенок толщиной 0.8 мм это критично.

Лазерные сканеры себя оправдали — раньше на контроль геометрии уходило до недели, сейчас за два дня проверяем даже самые сложные пресс-формы для осветительных приборов с их гнутыми поверхностями.

Самое неочевидное приобретение — 3D-принтер для восковых моделей. Используем его не для прямой печати, а для быстрого изготовления литейных шаблонов. Это сократило время изготовления опытных образцов с трёх недель до четырёх дней.

Вместо заключения: почему мы до сих пор делаем ручную доводку

Многие коллеги перешли на полностью автоматизированное изготовление пресс-форм, но мы сохранили участок ручной обработки. Особенно для матриц со сложной графикой — например, для подарочных бутылок с портретами. Ни один станок не повторит точность движения руки опытного гравировщика.

Да, это дороже и медленнее. Но когда видишь, как стекло идеально повторяет мельчайшие детали рисунка — понимаешь, что некоторые вещи не заменить технологиями. Как говорил наш главный технолог: ?Пресс-форма должна не просто работать — она должна рождать стекло?.

Кстати, про принцип ?Выживание за счёт качества? — это не просто лозунг из презентации ООО ?Чэнду Синьчжи Индастриз?. В 2015-м мы отказались от крупного заказа на 500 комплектов оснастки, когда поняли, что не успеем сделать качественную термообработку. Лучше потерять контракт, чем потом объяснять, почему треснула пресс-форма для стеклянных изделий на третьей тысяче циклов.