Литье пластмасс под давлением

Рубрика | Статьи | Пластмасса

Краткий обзор мирового рынка пластмассового производства

Мировой рынок промышленных и бытовых изделий из пластмассы имеет стабильную тенденцию развития и роста. Это факт, который подтвержден статистическими данными (обзоры за последние 50–60 лет) ведущих компаний по исследованию состояния мировой экономики в целом и производства полимеров, пластмасс и оборудования для этого производства в частности.
Самыми солидными игроками рынка пластмассовой продукции и оборудования для ее производства являются порядка 90–100 компаний с самой широкой географией размещения. Хотя их общее количество может быть сокращено, если разобраться с процессами глобализации, а именно поглощений, размещения дочерних фирм в более благоприятных регионах и т. д.
В мире в данный момент уже стабильно сформировалось несколько основных лидеров рынка пластмассового производства. Это азиатский регион, который представлен Китаем, Японией, Сингапуром, Тайванем, Ю. Кореей (общая доля в совокупном объеме производства — около 35–45%). Европейский регион — Германия, Португалия, Италия, Чехия, Латвия, Польша (25–30%). Учитывая географию расположения России (что является огромным преимуществом), ее можно выделить в отдельную группу — евразийскую.

Основные тенденции современного развития производства пластмасс и оборудования

1. Снижение энергоемкости ТПА за счет изготовления полностью электрического оборудования, которое имеет ряд преимуществ перед гидравликой, а именно:
• Низкое электропотребление (экономия составляет до 60% в сравнении с гидравлическими ТПА).
• Возможность использования ТПА в помещениях для производства стерильной продукции (например, медицинское оборудование). В первую очередь это связано с системой смазки гидравлики.
• Простота в управлении и эксплуатации за счет меньшего количества функциональных узлов.
• Уменьшение времени впрыска, что позволяет увеличить производительность.
• Более высокая точность ТПА, особенно при изготовлении мелких деталей. Например, для часовой, оптической или медицинской промышленности.
К недостаткам электрических ТПА можно отнести их более высокую стоимость, но с началом серийного производства это оборудование выровняется в цене с гидравлическим.
2. Повышение коэффициента использования и производительности оборудования. Для этого уменьшают время цикла, повышают результаты пластификации и впрыска пластиковой массы. Такие улучшения особенно характерны для производства, например, ПЭТ-преформ, для изготовления которых важен предельно короткий цикл.
3. Защита пресс-форм. Этот пункт требует всегда особого внимания, так как стоимость пресс-формы порой граничит со стоимостью самого ТПА, и увеличение степени защиты пресс-форм — одна из главных задач производства. На высокопроизводительные электрические и гибридные ТПА устанавливается активная защита с использованием ультразвуковых систем и пьезоэлектрических сенсоров, которая сокращает время реакции аппарата и позволяет предельно точно контролировать движение пресс-формы.
4. Развитие применения «гибридных технологий»: сжатие — гидравлика, впрыск пластмассы — электрический либо наоборот.
5. Для повышения качества внешнего дизайна изделий, а значит, и привлекательности для потребителя широкое применение получили такие методы литья, как декорирование в форме, многокомпонентное литье. Малораспространенные в российском производстве материалы заслуживают особого внимания наших специалистов. Это относится к термоэластопластам (для автомобилестроения), реактопластам, силиконам. Использование различных технологий производства пластмассовых изделий снижает время цикла, расход материалов и вес изделий, например, ТПА для литья с применением внутреннего давления воды или газа.
6. Происходит постепенный переход на производство базовых агрегатов модульного типа, в которых конструктивно заложена возможность для последующего усовершенствования.
7. И, наконец, не последний по значению пункт основных мировых тенденций — качество и экологическая безопасность как продукции, так и оборудования для производства пластмассы. ISO 9001 — сертификация управления качеством, и ее наличие имеет очень большое значение для производителей при поиске серьезных и крупных заказчиков. Не менее важным для производства является экологический сертификат — ISO 14001. При их отсутствии вряд ли с производителем станут разговаривать о крупных и долгосрочных заказах на его продукцию. По крайней мере, на европейском рынке.

Естественно, на мировом уровне все эти процессы глубоко интегрированы или, как модно нынче говорить, глобализированы. Кстати, именно глобализация приводит к тому, что производство пластмассы в странах азиатского региона получило такой толчок и растет стремительными темпами. Этому способствует тот факт, что на европейском рынке ситуация далеко не благоприятна — ужесточение требований к стандартам качества и производственных процессов, кадровая политика Евросоюза, усиление конкуренции, понижение рентабельности производств ведет к тому, что многие компании сворачивают производства и размещают их в странах с наиболее благоприятным бизнес-климатом. Таковыми и являются азиатские страны. Китай — яркое тому подтверждение.

Российские реалии производства пластмассы

Россия как производитель пресс-форм и оборудования для производства, а также как потребитель пластмассовых изделий (и промышленного назначения, и бытового), естественно, не стоит в стороне от мировых процессов.

Среднегодовая норма потребления пластиковых изделий производственного назначения составляет порядка 15%. И эта цифра продолжает расти и увеличиваться с каждым годом. Ведь вытеснение традиционных материалов полимерными приобретает все больший размах. Это естественный процесс — высокое качество, относительная дешевизна и неограниченность (пока) сырья делают свое дело. Бизнес мыслит перспективно.

Россия имеет огромный потенциал для рынка производства пластмассы с точки зрения сырьевых ресурсов, а также потребления продукции производства. И многие крупные игроки рынка пластмассового производства (что с европейской, что с азиатской стороны) уже оценили этот производственно-потребительский потенциал, о чем свидетельствует рост числа предприятий (от ведущих мировых — филиалы, дочерние, совместные и т. д.) в России.

На чем строится такой вывод? Всего на двух факторах, лежащих наверху (не вдаваясь в специфические особенности других отраслей) и способствующих росту российского производства пластмасс и оборудования (пресс-форм).
• Объемы строительства увеличиваются ежегодно (по разным статистическим данным, от 13–18%), а значит, и растет спрос на разнообразные строительные и отделочные материалы из полимеров. Это окна и двери ПВХ, тепло-, звуко-, гидроизоляционные материалы (пенопласт), это всевозможный сайдинг, ограждающие конструкции, внутренняя отделка помещений и т. д.
• Рынок товаров хозяйственного и культурно-бытового назначения. Здесь изделия пластмассового производства лидируют. Чем они привлекают потребителя? Дешевизна, экологичность, легкость и прочность, термостойкость и, самое главное, привлекательный дизайн. Мебель, посуда, пленки, пакеты, заглушки для профильных труб — просто невозможно все перечислить. Потребности внутреннего бытового рынка удовлетворяются практически полностью российским производителем.
Анализ состояния современного российского рынка изделий из пластмассы позволяет сделать вывод:
• Спрос на изделия из полимеров и рост их производства будет стабильно высоким.
• По-прежнему основными сегментами потребления будут оставаться строительство, производители упаковочного материала для пищевой промышленности, домашнее хозяйство.
• Если российский производитель пластмассовой продукции не пересмотрит свое отношение к организации производства, то доля импорта пластмасс производственного назначения постепенно вырастет. Сейчас она составляет около 20%. Одними из импортозависимых материалов пластикового производства в России являются профильно-погонажные изделия, изделия производственного назначения (в т. ч. и пресс-формы).
• Эксперты строят несколько неутешительные прогнозы для недобросовестных российских производителей пластмассовых изделий. Потребитель начал поворачиваться лицом к более качественному товару, и если раньше, например, на теплицу брали любую пленку, то сейчас отдают предпочтение многослойной и комбинированной. Это же касается и труб для бытового применения (отопление, водопровод).

Вывод очевиден для любого серьезного производителя пластмассовых изделий — росту спроса должно соответствовать качество предложенного товара, которое, в свою очередь, невозможно без высокотехнологичного оборудования для его изготовления.

Производство пресс-форм. Разные миры — разные подходы

Прежде чем начать разговор о плюсах и минусах (недостатках и преимуществах) того или иного производителя пресс-форм, которые являются основой производства пластмассовых изделий, необходимо сделать одну очень важную ремарку.

В принципе, технология производства пресс-форм одинакова везде. А вот уже процесс изготовления на всех этапах порой значительно отличается. И назвать кого-то лучшим невозможно. В прямом понимании слова «недостаток» и «преимущество» применять нет смысла. Ведь то, что для одного заказчика оборудования недостаток, для другого — прямое преимущество перед первым.

Например, для производства пластмасс в Санкт-Петербурге или Калининграде, расстояние до Китая, где можно заказать пресс-форму, — недостаток, с учетом времени производства, затем доставки и накладных расходов (командировки, переводчики, таможня и т. д.), а для аналогичного производства в Хабаровске — это преимущество. И наоборот, если вопрос стоит о европейском производителе пресс-форм. Поэтому более корректно будет звучать определение — особенности производства пресс-форм.

Родина пластмассы — Европа, к сожалению, не стоит впереди планеты всей. При отменном качестве производимых пресс-форм основная особенность, которая сводит на «нет» усилия, — высокая цена изделия. Причин здесь несколько:
• Многолетний опыт производства, высотехнологичное оборудование и программные продукты, квалифицированные специалисты — все это в комплексе сыграло злую шутку: процесс создания пресс-формы стал очень дорогостоящим.
• Качество материалов, из которых изготавливается пресс-форма, намного лучше российских и азиатских аналогов, что, соответственно, также влияет на формирование цены.
Производитель, прежде чем заказывать качественную «во всех отношениях» пресс-форму в Европе, естественно, посчитает, что для окупаемости ему необходимо будет внести эти расходы в себестоимость изделия, что сразу приводит к снижению его конкурентоспособности. И производитель пластмассы поворачивается в сторону Азии, при всем уважении к европейскому мастерству.
В этом направлении заказчик видит: скорость изготовления пресс-форм удовлетворительная, качество (притом, что правильно выбран исполнитель) — удовлетворительное, цена — удовлетворительная.
Лидером азиатского рынка по производству пластмассовых изделий и оборудования для такого производства, бесспорно, является Китай. Созданный у бытового потребителя стереотип о некачественных китайских изделиях, конечно же, имеет под собой обоснованную почву, но на бытовом же уровне.
В Китае, так же, как и в России, имеют место и «гаражные» кооперативы, и современные производства. И надо отдать должное китайским предприятиям, которые выпускают пресс-формы с высоким уровнем качества на высокоточном современном оборудовании. При этом китайские производители поставляют свою продукцию на конвейеры таких мировых гигантов, как Ford, Audi, Toyota, LG, Sony. А это сотрудничество говорит о многом.
Почему в России китайские пресс-формы дешевле российских? Парадокс ситуации. Постараемся проанализировать характерные особенности двух рынков — российского и китайского. На вопрос, чьи пресс-формы лучше, нет однозначного ответа, так как в процессе качества и ценообразования задействовано много факторов, которые накладываются один на другой.

Особенности китайского производства пресс-форм со знаком плюс

• Дешевый производственный ресурс. В это понятие входит и рабочая сила, и материал изготовления, и упрощение технологии изготовления при сохранении всех качественных параметров. Российский рабочий получает заработную плату выше, чем китайский инженер (речь идет о среднестатистических параметрах).
• Применение современного станочного парка при производстве. Китайский производитель научился делать самые сложные пресс-формы для различных сборных изделий и при этом не потерял точности стыковки изделия и привлекательности его внешнего вида. Российский производитель не всегда может добиться такого результата. Эксперты отмечают слабую техническую оснащенность основной массы российского производства пресс-форм.
• Срок исполнения заказа в два раза быстрее, чем у российского производителя, что совершенно не отражается на качестве изделия.

Если вы как заказчик пресс-формы не торопитесь, и все у вас идет по плану, то вы останетесь довольны выполнением своего заказа. Но если у вас «горит», и дешевизна заказа и оговоренные сроки исполнения вас удовлетворяют, все эти за могут быть перечеркнуты сроком доставки из Китая и различными накладными расходами, которые будут сопровождать эту доставку. И если вы не крупный производитель пластмасс, то стоит взвесить и просчитать все за и против заказа китайской пресс-формы.

Есть еще одна немаловажная особенность при сотрудничестве с китайским производителем — это языковой барьер и невозможность, вернее, слишком уж дорогая возможность контроля процесса изготовления пресс-форм в Китае.

Поэтому, прежде чем сравнивать низкую цену изготовления китайской пресс-формы и чуть более высокую российской, просчитайте все возможные затраты, помимо стоимости самой пресс-формы. При точном расчете окажется, что российский производитель дешевле. Да и вопросы качества изготовления проще контролировать в России.

Технология литья пластмасс под давлением.

Наиболее распространенным технологическим процессом для переработки пластмасс является литье под давлением. При этом методе литья изделие производится путем впрыска под давлением расплавленного материала (пластмассы) в пресс-форму с последующим процессом охлаждения.
Сырьем для литья пластмассовых изделий являются гранулированные термопласты, изделия из которых сохраняют возможность повторной переработки в дальнейшем, а также термореактивный порошок — при его переработке происходит необратимая реакция, приводящая к производству неплавкого материала, дальнейшая переработка которого невозможна. Отливка изделия образуется после подачи расплавленного материала через литниковые каналы в пресс-форму и последующей кристаллизации (остывания).

Процесс производства изделия из пластмассы можно условно разделить на несколько важных, взаимосвязанных друг с другом этапов:

1. Проектирование и изготовление пресс-формы (основного формующего инструмента).
2. Исходя из требований к будущему изделию, производится подготовка и разработка рецептуры сырья для литья, смешивание материала с добавками и красителями.
3. Производится выбор метода переработки материала:
• литье пластмасс под давлением;
• литье с водяным паром;
• литье с газом и т. д.
4. Непосредственно процесс литья.
5. Одним из основных требований к процессу литья изделия является соблюдение температурного и временного режимов, особенно на заключительном этапе изготовления — кристаллизации (остывании) изделия.

Процесс литья под давлением осуществляется на ТПА (термопластавтоматах) с применением главного формообразующего инструмента — пресс-формы. В зависимости от производственного плана компании и ассортимента продукции ТПА снабжаются необходимым количеством пресс-форм (как минимум одной).
Пресс-форма — это устройство для изготовления изделий любой конфигурации и сложности для ТПА. Типовая пресс-форма состоит из матрицы (неподвижная часть) и пуансона (подвижная часть). Формирующие плоскости матрицы и пуансона являются негативным отпечатком внешней поверхности будущего изделия. Многоместная пресс-форма может служить для изготовления сразу нескольких деталей.
В процессе литья под высоким давлением в формирующую полость подается материал через литниковую систему. Система выталкивания осуществляет съем уже готового изделия. Температура формы регулируется, как правило, водой, которая проходит через каналы охлаждения.
Предприятие – производитель пластмассовых изделий должно иметь в своем арсенале определенный набор пресс-форм с различными конструктивными особенностями для конкретного изделия. Процесс разработки и изготовления пресс-форм для определенных изделий довольно трудоемкий и совершенно индивидуальный.

Производители пластмассовых изделий, как правило, сами не изготавливают пресс-формы, а обращаются за этой услугой к компаниям, которые специализируются на изготовлении различного промышленного оборудования, в том числе и пресс-форм.

По видам пресс-формы разделяются на:
• автоматические, полуавтоматические, ручные;
• стационарные, съемные, полусъемные;
• с одной или несколькими плоскостями разъема, вертикальными и горизонтальными
Использование пресс-форм характерно для предприятий, выпускающих массовую или серийную продукцию. Это обусловлено высокой стоимостью разработки и изготовления пресс-формы.

Основные этапы создания пресс-формы

Разработка и изготовление одной пресс-формы не имеет четких параметров по времени и стоимости. Хотя и существуют типовые временные рамки, например, для изготовления инжекционной пресс-формы — около 90 дней, а выдувной и экструзионной — порядка 2–2,5 недель. Весь процесс разработки и изготовления зависит от сложности пресс-формы, но подразделяется на типовые этапы ее создания.

Этапы разработки и создания пресс-форм

1. Обработка исходной информации о будущем изделии, полученной от заказчика. Исходная информация заказа (изделия) может предоставляться заказчиком в различных вариантах:
• чертеж;
• математическая модель;
• готовый образец изделия для последующей оцифровки и моделирования.
2. Техническое задание для исполнителя. В нем излагаются все требования, которые вы предполагаете увидеть в будущем изделии: планируемый материал для изготовления, объем литья и т. д. При помощи полученных данных разрабатываются параметры пресс-формы, ее ресурс и пр.
3. 3D-проектирование пресс-формы при помощи программного обеспечения. Этот этап особенно важен потому, что от правильности построения компьютерной модели пресс-формы зависит ее соответствие параметрам при изготовлении из металла. При 3D-проектировании модели производится:
• учет припусков, усадки, анализ и построение уклонов;
• генерация пуансона и матрицы;
• построение толкателей, плит, колонок;
• кроме этого, создается база типовых элементов пресс-форм.
На этапе 3D-проектирования заказчик может оценить дизайн изделия, просмотреть его со всех сторон, проверить, как изделие собирается, произвести моделирование процесса литья, проконтролировать мощности ТПА и пригодность заложенного в документации материала для переработки и т. д.
4. Создание образца изделия (прототипирование или выращивание моделей). Этот этап производится по желанию заказчика, т. е. он не является обязательным, если существует уверенность в том, что получилось. Не все предприятия – изготовители пресс-форм оказывают услугу по выращиванию, но тем не менее рассмотрим основные методы прототипирования:
• Стереолитография — при помощи лазера, воздействующего на массу светочувствительной смолы, получается модель будущего изделия.
• Послойное спекание порошкообразного материала (полиамид, полистирол) под воздействием лазерного луча. Достоинством этого метода является то, что параметры изделия максимально приближены к реальным, и даже возможна нагрузочная проверка на образец.
• Послойное выращивание модели при помощи принтера и технического воска.
• Послойное склеивание модели из картона. Этот метод уже не должен применяться из-за пришедших ему на смену современных технологий.
5. Непосредственное изготовление пресс-формы.
6. Изготовление на полученной пресс-форме образца изделия из пластмассы. Проверка всех параметров изделия и при необходимости доработка формы.
7. Изготовление пресс-форм в необходимом количестве (в соответствии с заказом).
Приведенная выше технология позволяет производить пресс-формы любой сложности.

Размышления о стоимости разработки и изготовления пресс-форм

Зачастую обращение к производителю оборудования начинается с вопроса потенциального заказчика: «А сколько у вас стоит изготовить пресс-форму?». И исполнители воспринимают этот вопрос как риторический. Он сродни вопросу в риэлтерском агентстве: «А сколько стоит квартира?». Но так никто вопрос не ставит, прекрасно понимая, что ее стоимость формируется от месторасположения, площади и т. д. Если мы говорим о качественно изготовленных пресс-формах, а именно о них мы и говорим, то их цена может достигать нескольких десятков (сотен) тысяч долларов. На ценообразование влияет целая масса факторов. Так, например, стандартная пресс-форма для полуавтомата выдува ПЭТ тары (5л) стоит от 45000 рублей, а для многогнездового автомата выдува стоит от 28000 рублей за одно гнездо пресс-формы. А для изготовления дна разборного пластикового ящика — от 30000$ США.

В первую очередь стоимость изготовления качественной пресс-формы формируется ее сложностью. Но существует нижний уровень стоимости пресс-форм для мелкосерийного литья пластмасс, и этот уровень не может опускаться в среднем ниже, чем 40000 рублей. Не стоит забывать, что речь идет о серийном (пусть и мелко-, но серийном) производстве пластмассовых изделий. Значит, прежде чем организовывать их производство, заказчик произвел все расчеты и свел в одну цифру расходы и доходы, не забыв при этом учет рисков.
При определении того, выгодна ли вам та или иная пресс-форма и ее стоимость, не следует забывать, что качественно разработанная и изготовленная пресс-форма отработает весь расчетный ресурс циклов. А это значит, что она окупит себя и принесет прибыль предприятию. Кроме того, качественная пресс-форма при правильной эксплуатации и обслуживании перерабатывает расчетный ресурс, не теряя при этом качества изделия. Задача производства — применять для переработки качественный материал.
Качественно выполненные пресс-формы имеют прямое отношение к производительности оборудования для изготовления пластмассовых изделий, количеству циклов и в итоге качеству выпускаемых изделий, что напрямую связано с их реализацией.