Проектирование системы выталкивания из литьевой формы: инженерное руководство

Система выталкивания является одним из наиболее важных, но часто упускаемых из виду компонентов в конструкции пресс-форм для литья под давлением. Отвечая за безопасное извлечение затвердевших пластиковых деталей из полостей пресс-формы без повреждений, система выталкивания напрямую влияет на время цикла, качество деталей и общую эффективность производства.

В этом всеобъемлющем техническом руководстве рассматриваются принципы проектирования систем выброса с инженерной точки зрения, охватывая механические конфигурации, критерии выбора материалов, расчеты сил и стратегии оптимизации для промышленного применения.

Системы выталкивания из литьевых форм служат связующим звеном между формованной деталью и производственным процессом, обеспечивая надежное извлечение детали после каждого цикла формования. В отличие от декоративных или эстетических компонентов, системы выталкивания должны выдерживать повторяющиеся механические нагрузки, термические циклы и воздействие химических веществ, сохраняя при этом точную стабильность размеров. Современные системы выталкивания эволюционировали от простых конфигураций типа «штифт-пластина» до сложных интегрированных систем, включающих пневматический, гидравлический и сервоэлектрический привод.

В системах выталкивания используются различные конфигурации пластин для равномерного распределения усилия по поверхности пресс-формы:

Наиболее распространенная конфигурация, состоящая из:

• Выталкивающая пластина: основной компонент, передающий усилие.
• Фиксатор выталкивателя: обеспечивает надежную фиксацию выталкивающих штифтов в нужном положении.
• Опорные стойки: Обеспечьте параллельность пластин под нагрузкой.
• Возвратные штифты: Убедитесь в правильной перезагрузке системы.

Технические характеристики:

• Толщина плиты: 25-40 мм (в зависимости от размера пресс-формы).
• Материал: предварительно закаленная сталь (P20, 4140) или инструментальная сталь (H13).
• Допуск на плоскостность: ±0,02 мм на протяжении 300 мм.
• Параллельность: <0,03 мм между пластинами.

Используется для изготовления сложных деталей, требующих многоступенчатого извлечения:

• Основная пластина: Первоначальный выпуск детали.
• Вторичная пластина: Дополнительное перемещение для обеспечения зазора под подрезом.
• Третичная пластина: окончательное извлечение детали.

1. Стандартные выталкивающие штифты

• Диапазон диаметров: 1,0–12,0 мм.
• Соотношение длины к диаметру: <15:1 (для предотвращения деформации).
• Чистота поверхности: 0,4-0,8 мкм Ra (полировка для снижения трения).

2. Выталкиватели гильзы

• Для тонкостенных деталей или стержней малого диаметра.
• Толщина стенки: 0,5-1,5 мм.
• Минимальный внутренний диаметр: 2,0 мм.

3. Выталкиватели лезвий

• Для ребристых участков или узких поверхностей.
• Ширина: 2,0-10,0 мм.
• Толщина: 0,8-3,0 мм.

4. Плечевые штифты

• Для применения в условиях высоких нагрузок.
• Диаметр плеча: 1,5 × диаметр штифта.
• Толщина плеча: 3-5 мм.

• Стандартные области применения: инструментальная сталь H13 (твердость по Роквеллу 48-52).
• Абразивные материалы: порошковые металлургические стали (CPM 10V, CPM 15V).
• Коррозионные среды: нержавеющая сталь (420SS, 440C).
• Высокотемпературное формование: стали для горячей обработки с улучшенной стойкостью к отпуску.

Необходимая сила выброса зависит от множества факторов:

F_e = P_c × A_c × μ + F_a + F_t

• F_e = Суммарная сила выброса (Н)
• P_c = Давление в полости во время выброса (МПа)
• A_c = Площадь контакта между деталью и пресс-формой (мм²)
• μ = Коэффициент трения (на границе раздела пластик-сталь)
• F_a = Сила адгезии, обусловленная поверхностным натяжением (Н)
• F_t = Сила теплового сжатия (Н)

Типичные значения:

• Давление в полости: 10-30% от давления впрыска.
• Коэффициент трения: 0,1-0,3 (в зависимости от типа пластика и качества обработки поверхности).
• Сила сцепления: 0,05-0,15 Н/мм² для распространенных пластмасс.

Правильное распределение усилий предотвращает деформацию детали:

• Плотность штифтов: 1 штифт на 100-200 мм² поверхности детали.
• Концентрация сил: менее 80% предела текучести материала в любой точке.
• Распределение напряжений: конечно-элементный анализ (КЭА) для сложных геометрических форм.

Проблемы с выталкиванием тонкостенных деталей (толщина стенки <1 мм):

1. Увеличение плотности штифтов

• Расстояние между штифтами: 50-80 мм.
• Диаметр штифта: 1,0-2,0 мм для минимизации следов от контакта.
• Площадь покрытия: 15-25% от проектируемой площади детали.

2. Катапультирование с помощью воздуха

• Встроенные в сердечники каналы для сжатого воздуха.
• Давление: 1-3 бар для первоначального извлечения детали.
• Синхронизация: синхронизирована с механическим выбросом.

3. Вакуумная вентиляция

• Предотвращает образование вакуума во время выброса.
• Вентиляционные каналы: глубина 0,02-0,05 мм.
• Местоположение: Напротив точек приложения силы выброса.

Для резьбовых деталей или внутренних подрезов:

• Конструкция сегментов: 3-8 сегментов с углами конусности 5-15°.
• Привод: гидравлический или кулачковый.
• Материал: Высокопрочная инструментальная сталь с антизадирным покрытием.
• Допустимое отклонение: зазор между сегментами <0,01 мм.

Поверхности, расположенные под углом и требующие зазора между боковиной и поверхностью:

• Угол подъема клапана: 5-25° (обычно 15°).
• Система направляющих: Износостойкие втулки или линейные подшипники.
• Блокировка: Механические замки для защиты от давления впрыска.
• Зазор: 0,02-0,05 мм между толкателем и полостью.

Для деталей с различными характеристиками усадки:

• Первичное высвобождение: Высвобождает компонент субстрата.
• Механизм задержки: механический или гидравлический.
• Вторичное выталкивание: освобождает отформованную секцию.
• Синхронизация: управление осуществляется с помощью ПЛК с проверкой положения.

Стандарты допусков

• Диаметр отверстия для штифта: посадка H7/g6 (зазор: 0,01-0,03 мм).
• Плоскостность пластины: 0,02 мм/м (чистота шлифовки).
• Параллельность: 0,03 мм между опорными поверхностями.
• Чистота поверхности: 0,4 мкм Ra для скользящих компонентов.

Термическая обработка

• Закалка: Вакуумная закалка до твердости HRC 48-52.
• Закалка: Двойная или тройная закалка для снятия напряжения.
• Обработка поверхности: азотирование, покрытие TiN или DLC для повышения износостойкости.

1. Подготовка опорной плиты

• Шлифовка поверхности до заданной плоскостности.
• Эталонная обработка кромки (90° ± 0,01°).
• Сверление направляющих отверстий с использованием кондуктора с высокой точностью.

2. Установка компонентов

• Штифты с натягом: 0,002-0,005 мм.
• Посадка штифта плеча: Полная проверка контакта.
• Установка направляющей втулки: перпендикулярность <0,01 мм/100 мм.

3. Проверка системы

• Измерение расстояния в нескольких точках.
• Испытание на прочность с использованием калиброванных тензодатчиков.
• Циклические испытания: минимум 1000 циклов перед запуском в производство.

Ежедневные проверки

• Визуальный осмотр на наличие повреждений или износа.
• Проверка смазки (при необходимости)
• Тестирование работы системы

Еженедельное техническое обслуживание

• Очистка штифта и втулки
• Руководство по проверке системы
• Проверка гидравлической/пневматической системы.

Ежемесячные процедуры

• Полная разборка и чистка.
• Измерение износа и документирование
• Замена компонентов по мере необходимости.

Правильно спроектированные и внедренные системы выталкивания представляют собой значительное конкурентное преимущество в операциях литья под давлением. Сочетая надежные инженерные принципы с передовыми технологиями и продуманными стратегиями внедрения, производители могут добиться существенного повышения производительности, качества и прибыльности, одновременно подготавливая почву для будущих технологических достижений в этой области.