Projektowanie, konstrukcja form wtryskowych - etapy, proces konstrukcji narzędzi

Projektując formy wtryskowe, musimy wiedzieć, że  jest to proces, który realizujemy etapowo, projektując poszczególne elementy funkcjonalne formy według ścisłe określonego schematu. Wprowadzając etapowość procesu projektowania, jesteśmy w stanie lepiej kontrolować cały proces projektowy i sprawniej omawiać z klientem założenia koncepcyjne np. odnośnie punktu wtrysku, położenia wypychaczy czy geometrii układu chłodzenia. Konstrukcja form wtryskowych to proces składający się także z kilku etapów. 

konstrukcja form wtryskowych

Cały proces projektowy realizujemy według następującego schematu:

  • Opracowanie założeń do budowy formy wtryskowej, opracowanie głównej koncepcji narzędzia, wstępna symulacja wtrysku, analiza DFM detalu
  • Podział na elementy formujące, konstrukcja suwaków, wypychaczy skośnych, oraz innych elementów formujących
  • Zabudowa korpusu formy, opracowanie koncepcji układu doprowadzenia tworzywa, układu chłodzenia, oraz układu wypychania, finalna symulacja wtrysku
  • Konstrukcja poszczególnych elementów funkcjonalnych formy – układ doprowadzenia tworzywa, układ chłodzenia, układ wypychania
  • Konstrukcja elementów dodatkowych, lista materiałowa BOM
  • Wykonanie rysunku zestawieniowego oraz rysunków wykonawczych

Opracowanie założeń do budowy formy wtryskowej, opracowanie głównej koncepcji narzędzia, wstępna symulacja wtrysku, analiza DFM detalu

Pierwszy etap projektowania formy wtryskowej jest typowym etapem organizacyjnym, w czasie którego zbieramy wszelkie założenia do konstrukcji budowanego narzędzia. Istotnym jest, abyśmy na etapie opracowywania założeń ustalili z Klientem wymagania co do samego detalu odnośnie aspektów funkcjonalnych oraz wizualnych; czy detal będzie w sposób szczególny obciążany mechanicznie, która część detalu stanowi obszar widoczny dla użytkownika, gdzie dozwolony jest punkt wtrysku a gdzie możemy zastosować wypychacze. Jaki rodzaj faktury (grainingu) ma być zastosowany i czy konstrukcja detalu wymusza redukcję głębokości tekstury czy nie.

 

Wstępnie określamy koncepcję narzędzia – gabaryt korpusu formy, ułożenie elementów formujących, stal na elementy formujące i korpus czy planowany sposób pracy z robotem. Zbieramy informacje na temat wymaganych komponentów standardowych, które należy zastosować w czasie budowy formy wtryskowej, omawiamy z Klientem, standard budowy narzędzi obowiązujący w firmie naszego Klienta.

 

Wstępna symulacja wtrysku, nie tylko jest podstawą do analizy DFM detalu, ale także pozwala podjąć dyskusję na temat planowanego skurczu, który ma być zastosowany w formie. Moldex3D, jest szczególnie pomocny, w przypadku tworzyw wzmocnionych włóknem szklanym, gdzie opierając się na analizie typu Fiber, definiujemy skurcz wzdłużny i poprzeczny, i podejmujemy decyzje, na temat kompensacji wymiarów elementów formujących w aspekcie orientacji włókien i wartości skurczu w kierunku wzdłużnym i poprzecznym dla danego tworzywa.

 

Opracowana koncepcja formy, wyniki symulacji „moldflow” wraz z raportem DFM (Design For Manufacturing) są prezentowane klientowi w celu akceptacji zdefiniowanych założeń do budowy formy wtryskowej.

Podział na elementy formujące, konstrukcja suwaków, wypychaczy skośnych, oraz innych elementów formujących, finalna symulacja wtrysku

Mając ustaloną główną koncepcję formy wtryskowej przystępujemy do konstrukcji elementów formujących, suwaków wypychaczy skośnych oraz innych części wchodzących w skład elementów formujących np. rdzenie formujące, datowniki czy oznaczenia detali tj. oznaczenia tworzywa, recykling czy numery części wyspecyfikowanie przez Klienta.

 

Naszym założeniem na tym etapie jest, wykonanie konstrukcji poszczególnych elementów od samego początku do końca, uwzględniając, najdrobniejsze szczegóły od strony technologicznej lub funkcjonalnej (tj. promienie czy fazy technologiczne, odpowietrzenia lub wyluzowania elementów formujących), tak aby nie wracać do tej części projektu na dalszych jego etapach.

 

Podobnie jest w czasie konstrukcji suwaków, wypychaczy skośnych czy innych mechanizmów ruchomych, odpowiedzialnych za formowanie detalu – projektujemy je od samego początku w całości, dzięki czemu lepiej prowadzimy i nadzorujemy proces projektowy formy wtryskowej.

Zabudowa korpusu formy, opracowanie koncepcji układu doprowadzenia tworzywa, układu chłodzenia, oraz układu wypychania

Mając zabudowane elementy formujące umieszczamy je w korpusie formy wtryskowej, wykonujemy wybrania na gniazda formujące, przykręcamy gniazda do płyt formujących, projektujemy układ ustalania elementów formujących, elementy centrujące oraz zespoły prowadzące korpus formy oraz płyty wypychaczy.

Mając zabudowane elementy formujące i korpus formy wtryskowej, możemy przejść do opracowywania szczegółowej koncepcji układu doprowadzenia tworzywa, układu chłodzenia oraz układu wypychania, gdzie na podstawie krzywych 3D oraz modelu wypraski tworzymy model wykorzystywany do symulacji wtrysku. W środowisku Moldex3D przeprowadzamy pełną analizę „moldflow”, uwzględniająca fazy Fill, Pack, Cool oraz Warp, aby zweryfikować konstrukcję formy pod kątem wypełnienia gniazda formującego, rozkładu temperatury, parametrów wtrysku (tj. ciśnienie wtrysku, siła zwarcia formy, czas chłodzenia), oszacować ryzyko powstawania wad wizualnych związanych z wypełnianiem gniazda formującego czy rozkładem temperatury.

Konstrukcja poszczególnych elementów funkcjonalnych formy - układ doprowadzenia tworzywa, układ chłodzenia, układ wypychania

Bazując na zaakceptowanych wynikach symulacji wtrysku, przechodzimy do szczegółowej konstrukcji poszczególnych elementów funkcjonalnych tj.: układ doprowadzenia tworzywa – zabudowujemy system GK (gorącu kanałowy), projektujemy przewężkę wraz z układem doprowadzenia tworzywa zimno kanałowy. W aspekcie układu chłodzenia, staramy się zapewnić równomierny odbiór ciepła z elementów formujących, tak aby lokalne węzły cieplne nie powodowały różnic w skurczy a w konsekwencji deformacji detalu.

Konstrukcja elementów dodatkowych, lista materiałowa BOM

Końcowym etapem konstrukcji formy wtryskowej, jest zabudowa elementów dodatkowych tj. Jak belki transportowe, nóżki, czy tabliczki z oznaczeniami układów chłodzenia. Wprowadzając te wszystkie elementy, wykonujemy pierwszy krok, do przygotowania listy materiałowej BOM (Bill of Materials), która służy narzędziowni do zamówienia materiałów na elementy formujące, korpus oraz wszystkich standardowych komponentów składających się na całości formy wtryskowej.

Wykonanie rysunku zestawieniowego oraz rysunków wykonawczych

Finalnym etapem całego projektu jest stworzenie rysunków zestawieniowych wraz z rysunkami wykonawczymi dla poszczególnych części formy wykonywanych w narzędziowni. Elementy formujące, rdzenie, poszczególne płyty korpusu formy są wymiarowane, tak aby umożliwić ich wykonanie na maszynach numerycznych CNC lub konwencjonalnych obrabiarkach będących na wyposażeniu narzędziowni.

 

Rysunki wykonywane są według ogólnie przyjętego standardu, obowiązującego od lat w branży przetwórstw tworzyw sztucznych. Na specjalne życzenie klientów, możemy oznaczyć poszczególne powierzchnie elementów wykonywanych odpowiednimi kolorami, ułatwiającymi wykonanie formy wtryskowej bezpośrednio z modelu 3D CAD.

Organizacja procesu projektowego

Zazwyczaj proces projektowy realizowany jest przez dwóch konstruktorów. Konstruktor prowadzący projekt, jest w bezpośrednim kontakcie z klientem, prowadzi ustalenia oraz definiuje główne założenia odnośnie koncepcji formy wtryskowej, weryfikuje poszczególne etapy projektowe wykonane przez konstruktora odpowiedzialnego za rzeczywisty proces projektowy.

 

Projektując każdą formę wtryskową realizujemy zasadę „one step ahead”, gdzie główny konstruktor prowadzący projekt, jest zawsze o krok / etap przed konstruktorem pracującym nad modelem 3D.

 

Konstruktor prowadzący oddając koncepcję formy oraz założenia do konstrukcji elementów formujących, konstruktorowi odpowiedzialnemu za konstrukcję 3D, przechodzi do opracowywania szczegółów na temat innych elementów formy, tak aby proces projektowy był realizowany bez zatrzymań niezbędnych do dokonania ustaleń między PAWFORM a zleceniodawcą projektu.

Wykorzystywane oprogramowanie:

  • PTC Creo + moduł Pro/Mold, EMX (Expert Moldbase Extension)
  • Moldex3D R2021 Professional, siatka typu BLM (Boundary Layer Mesh)