Гидравлическая боковая пресс-форма для изготовления резиновых кольцевых фитингов для труб.

В системах перекачки жидкостей под высоким давлением, дренажных системах и промышленных трубопроводных сетях целостность соединения напрямую зависит от эластомерных уплотнений. Предметом данного исследования является высокоточный термопластичный фитинг для труб с интегрированной внутренней кольцевой канавкой на одном конце, предназначенной для удержания толстого резинового уплотнительного кольца. Для достижения плотной, герметичной посадки канавка должна обладать идеальной концентричностью, отсутствием заусенцев на линии разъема и четкой геометрической формой. С точки зрения литья под давлением, эта непрерывная внутренняя канавка на 360 градусов представляет собой серьезный внутренний подрез. Традиционные механизмы извлечения из формы совершенно непригодны для такой геометрии:

• Стандартные наклонные эжекторы (подъемники): не способны обеспечить требуемый окружной ход и параллельное сжатие без нарушения границ толщины внутренней стенки или царапин на уплотнительной поверхности.
• Традиционные сплошные стержни: приводят к полному физическому защемлению, что делает механическое извлечение детали невозможным без катастрофического разрушения формованного изделия.

Чтобы преодолеть эти физические ограничения и при этом соблюдать строгие стандарты автоматизированного производства, продиктованные европейскими требованиями к закупкам, компания Spark Mould разработала собственную систему бокового складывания сердечника.

Инновационность этой конструкции оснастки заключается в переносе сложного механического механизма складывания на полностью независимый, расположенный сбоку гидравлический цилиндр. Такая компоновка позволяет обойти ограничения стандартного хода раскрытия литьевой машины и локализованных механических выталкивающих планок.

Складной сердечник имеет высокоточную многокомпонентную геометрию, включающую один центральный основной штифт и восемь периферийных взаимозацепляющихся сегментов (ползунков). Точный процесс извлечения из формы осуществляется посредством высокосинхронизированного двухэтапного кинематического профиля, полностью управляемого программируемой гидравлической схемой:

1. Основной механизм втягивания стержня: После завершения цикла охлаждения и открытия формы приводится в действие боковой гидравлический цилиндр. Цилиндр оттягивает центральный штифт основного стержня вдоль вертикальной оси. Этот штифт имеет точно отшлифованные многоугольные конические поверхности. При втягивании он освобождает внутреннее пространство для поддержки.
2. Центростремительное сжатие сегментов: Восемь периферийных сегментов, приводимые в движение серией Т-образных пазов и прецизионно обработанных направляющих типа «ласточкин хвост», следуют за углами отступления основного штифта сердечника. Это заставляет сегменты совершать строгое боковое центростремительное движение, сжимаясь внутрь к центральной линии. Это коллективное движение внутрь уменьшает эффективный внешний диаметр сегментов сердечника на величину, превышающую глубину подреза, полностью отсоединяя стальную форму от формованной внутренней кольцевой канавки.

Для предотвращения катастрофического износа инструмента и деформации детали в боковой направляющий блок интегрирована надежная механическая система задержки. Строгое требование заключается в том, чтобы во время расширения или частичного сжатия сегментов не происходило осевого разделения между деталью и всем разборным модулем.

Встроенный механизм задержки обеспечивает последовательность, при которой направляющая рейка остается неподвижной относительно детали в течение первой части гидравлического хода. Только когда центральный штифт пройдет все расчетное расстояние — подтверждая, что все восемь сегментов завершили свое центростремительное сжатие внутрь — срабатывает вторичная механическая защелка или гидравлический клапан, позволяющий всему основному модулю горизонтально выдвинуться из фитинга трубы.

В ходе проектирования совместно с немецким заказчиком были оценены альтернативные конфигурации (например, интеграция складного сердечника в заднюю подвижную плиту, приводимую в движение системой выброса). Компоновка с боковым действием была выбрана на основе трех количественно измеримых инженерных и экономических факторов:

Заказчику требовалось решение, способное адаптироваться к меняющимся рыночным требованиям по двум различным диаметрам труб. Боковая конструкция пресс-формы Spark Mould включает в себя универсальную компоновку рамы пресс-формы. Для переключения производства между двумя вариантами продукции основание пресс-формы и корпус гидравлического цилиндра остаются полностью зафиксированными на плите станка. Оператору нужно лишь заменить модульные сегменты стержня и центральный штифт. Это сокращает время переналадки производственной линии до менее чем 90 минут и снижает капитальные затраты на вторичную оснастку примерно на 45% по сравнению с вводом в эксплуатацию двух отдельных комплектных пресс-форм.

Интеграция двухгнездного механизма складывания непосредственно в основную заднюю плиту требует массивных, толстых пластин для размещения длинных механических тяг и направляющих. Перенос привода на внешний гидравлический блок бокового действия позволяет сохранить компактность вставок сердечника внутри основания пресс-формы. Эта оптимизация позволила уменьшить массу инструментальной стали более чем на 30%, снизив общий вес рамы пресс-формы и обеспечив бесперебойную работу инструмента на литьевой машине меньшей грузоподъемности с оптимизированным расстоянием между плитами.

Уменьшение массы инструментальной стали, окружающей полость, напрямую минимизирует общую тепловую инерцию формовочных вставок. Эта структурная оптимизация позволила инженерам Spark Mould проложить высокоскоростные каналы охлаждения в непосредственной близости от зоны формовочного сердечника. В результате скорость теплопередачи минимизирует необходимую продолжительность охлаждения, что представляет собой оптимизацию времени цикла на 15–20% по сравнению с системами с глубоким механическим схлопыванием сердечника.

Для обеспечения длительной и высокоэффективной работы на полностью автоматизированном производственном предприятии вся схема размещения оборудования исключает ручную обработку. Полные технические характеристики компоновки подробно описаны в приведенной ниже таблице:

В условиях экстремальных циклических давлений впрыска (Pinj ≥ 110 МПа), при которых восемь отдельных сегментов постоянно скользят по центральному стержню, первостепенное значение имеет контроль трения стали и предотвращение образования окалины. Компоненты стержня изготавливаются из высококачественной европейской инструментальной стали марки 1.2344 (H13), подвергающейся строгой вакуумной закалке для достижения твердости стержня HRC 48–52.

Для обеспечения полного отсутствия заусенцев в кольцевой канавке, линии зацепления между восемью сегментами шлифуются с абсолютным допуском ±0,003 мм. Кроме того, все скользящие сопрягаемые поверхности покрываются усовершенствованным алмазоподобным углеродным (DLC) покрытием. Это покрытие снижает коэффициент трения до μ ≤ 0,1 и создает сверхтвердый поверхностный слой (HV ≥ 2200), полностью исключая риск заедания стали, адгезионного износа или заклинивания во время высокоскоростных производственных циклов.

Успешное внедрение этой двухгнездной гидравлической формы для литья под давлением с боковым приводом демонстрирует, что сложные внутренние геометрические формы не обязательно требуют медленных и капиталоемких производственных процессов. Сочетая модульную механику бокового действия с передовой европейской металлургией и надежными последовательностями задержки, компания Spark Mould предоставила своему немецкому партнеру высокоэффективную и универсальную инструментальную систему, которая устанавливает новый стандарт эффективности производства фитингов для труб с резиновыми кольцами.