Dynamicznie rozwijający się rynek pojazdów elektrycznych stawia nowe wyzwania przed producentami form wtryskowych. Przy ich zastosowaniu wytwarza się m.in. liczne komponenty do akumulatorów czy lżejsze elementy konstrukcyjne. Poza branżą motoryzacyjną formowanie wtryskowe w ostatnim czasie zyskuje na popularności również wśród producentów robotów i opraw oświetleniowych. Choć właściwie trudno znaleźć branżę, w której ta technologia nie byłaby w mniejszym lub większym stopniu wykorzystywana.

Wraz ze wzrostem popularności formowania wtryskowego rosną jednak także wymagania co do jakości i precyzji wytwarzanych elementów. A to pociąga za sobą konieczność udoskonalania procesów wytwarzania form wtryskowych. Z tego powodu coraz częściej w tych procesach wykorzystuje się zaawansowane technologie produkcyjne.

Jak powstają formy wtryskowe?

Cały proces produkcyjny form wtryskowych można podzielić na kilka etapów. Przy tym najistotniejsze wydają się trzy-cztery podstawowe, które najbardziej wpływają na wytrzymałość i trwałość form oraz dokładność procesu formowania wtryskowego.

W pierwszym etapie istotne jest jak najdokładniejsze wykonanie projektu elementu, który będzie wytwarzany z użyciem danej formy, a także ustalenie, z jakiego materiału będą powstawać następnie elementy.

Dopiero mając taki projekt, można przejść do etapu drugiego – szczegółowego zaprojektowania formy wtryskowej. Ten etap obejmuje ustalenie nie tylko dokładnych kształtów i wymiarów formy, ale nawet materiału, z którego ma zostać wykonana, a także jej rodzaju (istnieje bowiem podział form m.in. na jednogniazdowe i wielogniazdowe oraz zimnokanałowe i gorącokanałowe). Obecnie projektowanie form odbywa się przy użyciu oprogramowania CAD, dzięki czemu jest to proces stosunkowo szybki, a co najważniejsze – uzyskany projekt jest precyzyjny.

Trzeci etap, czyli fizyczne wytwarzanie form wtryskowych opiera się przede wszystkim na technologii obróbki CNC. Formy wtryskowe zbudowane są najczęściej z wysokiej jakości stali, przede wszystkim ze stali nierdzewnej lub innych typów stali stopowych. I to właśnie obrabiarki CNC (zwłaszcza te 5-osiowe) najlepiej radzą sobie z obróbką tego typu materiałów, nadawaniem im pożądanych kształtów, bez straty parametrów użytkowych obrabianego materiału. Przy tym komputerowe sterowanie numeryczne zapewnia niezbędną precyzję i powtarzalność obróbki, a także ogranicza liczbę błędów, jakie mogą powstać podczas tego procesu.

W zależności od formy wtryskowej w procesie jej wytwarzania stosuje się tokarki CNC, frezarki CNC, wycinarki i drążarki wgłębne. Do wykończenia gotowej formy używa się np. szlifierek lub innych narzędzi do polerowania jej powierzchni. Przy wytwarzaniu poszczególnych elementów form wtryskowych można zastosować także obróbkę elektroerozyjną wgłębną i drutową.

Po wykonaniu wszystkich niezbędnych elementów formy wtryskowej następuje jej złożenie. Następnie wykonuje się wstępne próby wtryskowe. To także bardzo ważny etap w procesie budowy formy wtryskowej, bo pozwala wykryć wszelkie odstępstwa od założeń projektowych. Po wykonaniu próbnych wyprasek formę sprawdza się przede wszystkim pod kątem jej wymiarów.

Jeśli występują jakiekolwiek niezgodności z pierwotnym projektem detalu, wprowadza się niezbędne poprawki. Dopiero po ich naniesieniu i ponownym testowym wytworzeniu detalu (i tak aż do skutku) można uznać, że forma wtryskowa jest gotowa do seryjnego formowania wtryskowego.

Szybki postęp technologii projektowania i produkcji

Wykorzystywane w procesach wytwarzania (nie tylko form wtryskowych) obrabiarki CNC podlegają ciągłym ulepszeniom, co przekłada się na wzrost wydajności procesów przeprowadzanych z ich użycie. Standardem, także w produkcji form, staje się już 5-osiowa obróbka – zwłaszcza wtedy, gdy wymagana jest szczególnie wysoka precyzja. Technologia ta umożliwia wydajną produkcję złożonych kształtów i konturów, zmniejszając konieczność częstej zmiany ustawień i poprawiając ogólną dokładność. Natomiast dzięki takim technologiom jak np. frezowanie trochoidalne optymalizuje się szybkość usuwania materiału i wydłuża żywotność narzędzi.

Coraz bardziej przesuwają się też granice prędkości skrawania i posuwów. To szczególnie istotne m.in. w procesach obróbki zgrubnej i wykańczającej form. Narzędzia do frezowania o dużej prędkości i dużym posuwie osiągają wyższe posuwy przy niewielkich głębokościach skrawania i ulepszonych wykończeniach powierzchni.

Konieczność uzyskiwania większej precyzji obróbki pociąga za sobą także innowacje w obszarze materiałów czy powłok narzędzi skrawających. Nowe formuły węglika, ceramiki i zaawansowanych powłok (np. TiAlN) wydłużają żywotność narzędzi i pozwalają na lepsze wykończenie powierzchni form, nawet podczas obróbki utwardzonych materiałów.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Formowanie

Wytwarzanie przyrostowe czy formowanie wtryskowe?

Wytwarzanie przyrostowe (często utożsamiane z drukiem 3D) i formowanie wtryskowe często są postrzegane jako konkurencyjne technologie, które służą do przetwarzania tworzyw sztucznych. Tymczasem możliwe jest stosowanie obu tych metod w sposób komplementarny, a nie wzajemnie się wykluczający. Szybkie przestawianie się z jednej technologii na drugą, zależnie od bieżących wymagań rynkowych, może znacznie zwiększyć elastyczność przedsiębiorstwa.

Stałą ewolucję widać również w obszarze oprogramowania CAD/CAM. Dzięki coraz bardziej zaawansowanym rozwiązaniom producenci form mogą łatwiej tworzyć nawet bardziej złożone geometrie. Najnowsze rozwiązania CAD/CAM umożliwiają również bezproblemową integrację między etapami projektowania i produkcji, usprawniając cały proces od koncepcji do gotowej formy.

Nowością, jeśli chodzi o produkcję form lub jej niektórych elementów, jest produkcja addytywna, w szczególności druk 3D. Technologia ta stale się rozwija i przeszła już od fazy eksperymentalnej do powszechnie stosowanego narzędzia w branży produkcji form. W technologii druku 3D można z powodzeniem wytwarzać także elementy o złożonej geometrii. Druk 3D umożliwia szybkie prototypowanie i produkcję wkładów formujących ze skomplikowanymi kanałami chłodzącymi, których produkcja przy użyciu tradycyjnych metod byłaby trudna lub niemożliwa.

Automatyzacja i zaawansowane rozwiązania

Również automatyzacja jest już powszechnie stosowana w wytwarzaniu form wtryskowych. Zrobotyzowane systemy są integrowane na różnych etapach procesu produkcyjnego – od obsługi materiałów po operacje wykańczające. Zautomatyzowane gniazda obróbcze do frezowania i elektrodrążenia pozwalają na dłuższą pracę bez bezpośredniego nadzoru. Z jednej strony obniża to koszty pracy, a z drugiej – zwiększa produktywność.

Co więcej, zautomatyzowane systemy produkcyjne mogą pracować poza standardowymi godzinami pracy. Naturalnie takie podejście wymaga odpowiednich systemów kontroli i monitoringu. Mają one zagwarantować wysoką jakość wytwarzanych elementów i alarmować w sytuacjach awaryjnych.

Branża producentów form sięga również po rozwiązania, które bazują na sztucznej inteligencji, czy inne zaawansowane technologie z obszaru Przemysłu 4.0. Algorytmy sztucznej inteligencji ułatwiają m.in. analizę danych produkcyjnych w czasie rzeczywistym. Poprawia to wydajność operacyjną i jakość produkcji poprzez wdrożenie np. predykcyjnej konserwacji i zoptymalizowanym harmonogramom produkcji.

Na etapie projektowania form wtryskowych można z powodzeniem korzystać m.in. z technologii bliźniaka cyfrowego. Umożliwia ona na wirtualne testowanie nowych form, co pozwala zoptymalizować ten etap jeszcze przed przystąpieniem do fazy produkcyjnej. Dzięki temu skraca się etap projektowania, maleje liczba błędów i odpadów produkcyjnych oraz przyspiesza cały etap produkcji form wtryskowych.

Zautomatyzowana kontrola zwiększa precyzję

Rosnące wymagania co do precyzji wytworzonych form, coraz bardziej złożone projekty i niewielka tolerancja błędów wymuszają na producentach form wtryskowych stosowanie odpowiednich narzędzi kontroli jakości. W tym celu stosuje się zaawansowane systemy inspekcyjne i pomiarowe (takie jak współrzędne maszyny pomiarowe czy skanery laserowe), które są bezpośrednio zintegrowane z maszynami produkcyjnymi.

Takie rozwiązanie pozwala wykrywać wszelkie nieprawidłowości już na wstępnym etapie produkcyjnym. Producent może więc odpowiednio skorygować ustawienia maszyny CNC, zanim wpłyną one na jakość produktu końcowego.

Stały rozwój branży produkcji form wtryskowych – w tym wdrażanie nowych, bardziej zaawansowanych technologii produkcyjnych – będzie przekładać się na lepsze, dokładniej dopasowane do projektu, bardziej wytrzymałe formy wtryskowe. A to z kolei będzie gwarantować większą wydajność i precyzję procesów formowania wtryskowego.