Окалиностойкие пресс-формы для стекла: что на самом деле важно в работе 

Когда слышишь ?окалиностойкие пресс-формы для стекла?, первое, что приходит в голову — это, конечно, сталь. Хром-никель, может, с добавками. Но вот загвоздка: многие думают, что главное — это марка стали, а всё остальное ?приложится?. На деле же, если брать, к примеру, производство стеклянных блюдец или толстостенных стаканов, одной стойкости к окалине мало. Форма должна ?дышать?, но не деформироваться от циклов, грамотно отводить тепло, и самое главное — её поверхность после обработки должна быть не просто твердой, а именно такой, чтобы стекло отходило чисто, без ?прихватов?. Это уже не про паспортные данные стали, а про совокупность технологий. В ООО Чэнду Синьчжи Индастриз, которые как раз занимаются пресс-формами для стеклянных изделий, с этим столкнулись напрямую — не все заказы шли гладко, даже с правильной сталью.

Марка стали — это только начало истории

Брали, допустим, проверенную 4Х13 для работы с температурой до 600°C. Вроде бы подходит под определение ?окалиностойкая?. Но при прессовании матового стекла, где важен каждый микрон текстуры, эта сталь после закалки начинала проявлять ?характер? — микротрещины в самых нагруженных углах матрицы. Не сразу, а после 20-30 тысяч циклов. Клиент в итоге недоволен, мы с убытками. Оказалось, что для таких задач нужна не просто стойкость к окислению, а особая вязкость, устойчивость к термоудару. Перешли на другую композицию, с добавлением вольфрама и молибдена. Это дороже, но ресурс вырос в разы. Детали можно посмотреть в каталогах на https://www.www.xzyg.ru — там сейчас как раз раздел с материалами обновлён, исходя из этого опыта.

И вот ещё что: сама по себе ?стойкость к окалине? — это ведь про поверхность. А что внутри? При интенсивной работе сердечник или толкатели могут ?поплыть? не из-за окисления, а из-за отпуска, потери твёрдости. Поэтому сейчас мы в проектах всегда закладываем не просто марку, а полный цикл термообработки, включая криогенную обработку для снятия напряжений. Это не везде делают, экономят. Но для ответственных пресс-форм для стекла, особенно тонкостенных, это не экономия, а будущая головная боль.

Частный случай из практики: делали форму для стеклянных крышек с фигурной ручкой. Ручек этих — десяток штук в изделии, мелкие детали. Поставили стандартные вставки из окалиностойкой стали. А они начали изнашиваться не равномерно, а местами. Причина — разная скорость нагрева в тонких и массивных сечениях. Пришлось пересчитывать конструкцию, делать составную вставку с разными режимами термообработки для разных зон. Это к вопросу о том, что ?сталь есть сталь?. Нет, это целая система.

Конструкция и тепловой баланс — где кроются неочевидные проблемы

Можно взять самую лучшую сталь, но если конструкция формы не продумана с точки зрения теплового потока, всё пойдёт наперекосяк. Стекло ведь заливается горячим, а форма должна принять тепло, а потом равномерно остыть. Если где-то образуется ?тепловая яма? — перегрев, там и окалина появится быстрее, и стекло начнёт приставать. Мы в своё время наделали ошибок, пытаясь делать формы слишком массивными, ?на века?. Думали, так и стойкость будет выше. Ан нет — массивность мешала равномерному отводу тепла, возникали внутренние напряжения в самой стали, что в итоге вело к микротрещинам.

Сейчас подход другой. Форма проектируется с расчётом на интенсивный, но контролируемый теплоотвод. Это означает каналы охлаждения не ?как у всех?, а рассчитанные под конкретную геометрию изделия. Иногда даже идём на компромисс: делаем матрицу не из монолита самой стойкой стали, а используем основу из более теплопроводного материала, а рабочие вставки — уже из окалиностойкой. Это сложнее в изготовлении, но ресурс и стабильность процесса того стоят.

Особенно критично это для автоматизированных линий, где форма работает в непрерывном цикле. Там перегрев на 20-30 градусов — это уже брак в продукции. На сайте нашей компании, ООО Чэнду Синьчжи Индастриз, в разделе проектирования как раз упор делается на тепловое моделирование. Это не рекламная пустышка, а результат тех самых шишек, набитых на ранних проектах.

Обработка поверхности — тот самый ?секретный ингредиент?

Вот тут многие останавливаются на полировке. Отполировали до зеркала — и ладно. Но для стекла зеркальная поверхность — не всегда хорошо. Иногда нужна определённая шероховатость для газоотвода, чтобы воздух успевал выйти, и не было пузырей. А как добиться контролируемой шероховатости на окалиностойкой стали, которая после закалки становится очень твёрдой? Обычным абразивом не всегда возьмёшь.

Приходится применять комбинированные методы: электроэрозионную обработку для черновой формы, а потом алмазное выглаживание или даже лазерное структурирование в особых случаях. Мы как-то делали форму для декоративного стекла с текстурой ?под лён?. Так вот, эта текстура была нанесена как раз лазером на рабочую поверхность из окалиностойкой стали. И это не просто рисунок — глубина и угол каждого штриха были рассчитаны так, чтобы стекло не застревало. После нанесения ещё и специальное пассивирующее покрытие нанесли, чтобы уменьшить адгезию. Результат — тираж в полмиллиона изделий без проблем с выемкой.

Но и это не панацея. Покрытия со временем стираются. Поэтому сейчас мы часто рекомендуем клиентам не уповать на вечное покрытие, а закладывать в техобслуживание периодическое обновление рабочего слоя. Это дешевле, чем менять всю вставку.

Взаимодействие с оснасткой и литьевой машиной

Пресс-форма — не остров. Она работает в тандеме с прессом. И вот частая ошибка: разработали отличную, стойкую форму, а подобрали неправильные параметры на машине — скорость смыкания, давление, температуру плит. Всё, можно попрощаться с ресурсом. Особенно чувствительны к этому окалиностойкие пресс-формы — из-за своих термомеханических свойств. Резкий удар при смыкании на непрогретой форме может вызвать скол ещё на старте.

Поэтому мы сейчас для сложных проектов не просто отдаём чертежи, а сопровождаем запуск. Собираем данные: как форма ведёт себя в первых 50 циклах, как в 1000, как после остановки на weekend. Было дело, на одном производстве ночная смена выключала подогрев плит ?для экономии?. Утром форма, прогреваясь неравномерно, дала трещину. Теперь в рекомендациях жёстко прописываем температурные режимы простоя.

Ещё момент — направляющие колонки и втулки. Их часто делают из обычной стали, фокусируясь только на матрице и пуансоне. Но если они разболтаются, форма будет смыкаться с перекосом. Для окалиностойких пресс-форм, где зазоры минимальны, это смерть. Мы перешли на использование износостойких сплавов и для этой оснастки, хотя это и увеличивает стоимость. Но надёжность важнее.

Экономика вопроса: когда окалиностойкость действительно окупается

Не для каждого изделия нужна суперстойкая и дорогая форма. Если вы выпускаете простые стаканы тиражом в 100 тысяч, возможно, хватит и более бюджетного варианта. Вся эта история с легированными сталями и сложной обработкой оправдана, когда либо тираж огромный (миллионы), либо изделие сложное, дорогое, либо температура процесса очень высокая (например, для боросиликатного стекла).

Мы в ООО Чэнду Синьчжи Индастриз всегда начинаем с анализа именно этого: что хочет получить заказчик в итоге? Часто приходится отговаривать от излишне дорогих решений, предлагая более сбалансированный вариант. Например, не делать всю форму из суперстали, а только критичные вставки. Или предложить двухкомпонентную конструкцию, где быстроизнашиваемую часть можно быстро и дёшево заменить. Это честнее и выгоднее для клиента в долгосрочной перспективе.

В конце концов, цель — не продать самую дорогую сталь, а обеспечить стабильное производство качественного стекла. И иногда надёжная, но менее экзотическая форма, плюс грамотная система ухода за ней, даёт больший экономический эффект, чем ?неубиваемая? но золотая по цене оснастка, которую всё равно эксплуатируют неправильно. Это, наверное, главный вывод из всех наших набитых шишек. Всё должно быть в балансе: материалы, конструкция, эксплуатация и… здравый смысл.