НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФОД ПРЕСС-ФОРМЫ
Никель-кобальтовые материалы предназначены для изготовления ФОД пресс-формы методом гальванопластики. Этот метод позволяет достичь 7—9-го квалитета при шероховатости Ru 0.2—0,05 мкм и исключить дополнительную механическую доработку формообразующих поверхностей, термообработку и хромирование. Получаемая твердость поверхности URQ+ 51— 53. К. недостаткам метода следует отнести большую продолжительность процесса осаждении (5—15 суток), высокую стоимость солки никеля и кобальта, недостаточную механическую прочность из-за мягкого каркасного слоя металла (медь). В связи с этим изготовленные таким методом ФОД применяют в основном при литье термопластов, когда их получение другим методом невозможно или неэффективно. Примерами таких ФОД могут служить матрицы для изготовлений: тонких длинных изделий из пластмассы (корпус авторучки, гильзы и т. п.); пластмассовых изделий со сложным рельефом, когда необходима полная имитация структуры дерева, кожи и г р. (чего невозможно достичь другими методами); пластмассовых шестерен прямозубых, косозубых, конических, особенно мелко-модульных; шкал с углубленными буквами, криволинейных поверхностей типа лопасти и т. п.
Процесс получения гальванопластических матриц-вставок состоит из следующих операций (рис. 124):
изготовление модели с учетом технологических припусков (материал: сталь, органическое стекло, полистирол и др.); при большой серии целесообразно изготовлять металлическую мастер-матрицу, чтобы в ней изготовлять любое количество идентичных пластмассовых моделей;
Рис. 124
нанесение тока проводящего слоя / химическим серебрением или меднением (рис. 124, а);
нанесение защитного слоя 3 и гальваническое наращивание слоя никель-кобальта 2 толщиной 1,5—4,0 мм (в зависимости от размеров матрицы) в электролите (рис. 124, б);
осаждение наружного каркасного слоя 4 меди толщиной 5—20 мм (рис. 124,А);
обработка наружных посадочных поверхностей и торца матрицы; минимальный технологический припуск 5 мм, переходный припуск П « « 10 мм (рис. 124, г).
На рис. 124,в показано изделие, для которого изготовлена матрица.
При разработке таких матриц необходимо учитывать, что их острые выступающие углы подвержены сколам, а высокие выступающие ребра и бобышки могут быть неоформленные или имеют раковины о (рис. 124, е); поэтому выступающие углы должны быть скруглены .
ФОД ПРЕСС-ФОРМЫ ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Использование цветных сплавов в мелкосерийном и единичном производстве изделий из пластмассы позволяет существенно уменьшить затраты и время на проектирование пресс-форм, изготовление пресс-формы и последующую доводку формующего инструмента сложных изделий из пластмасс. Важные их преимущества — возможность получения при литье пластмасс ФОД формообразующей поверхности с малой шероховатостью, отсутствие окалины, низкая адгезия к материалам мастер-модели и оснастки.
Если необходимо получить пластиковую деталь с жесткими допусками или изготовить относительно большую партию изделий из пластмасс, требуется применять медные, цинковые или алюминиевые сплавы, ФОД для небольших партий деталей (несколько десятков штук) можно изготовлять из свинцовых или оловянистых сплавов.
Медные сплавы (бронзы, латуни) также применяют в формах для крупносерийного и массового производства для изготовления коллекторов горячеканальных пресс-форм, сопл, вставок и других деталей, к теплопроводности которых предъявляются высокие требования. Особое место среди этих материалов занимают бериллиевые бронзы, которые выделяются наиболее высокой твердостью среда всех цветных сплавов (после отпуска НВ 360—400), в сочетании с хромовым покрытием возможно успешно применяться даже для изготовления оформляющих гнезд и особенно эффективны при литье пластика небольших тонкостенных изделий из пластмассы, когда необходима высокая скорость охлаждения.
Схема изготовления матриц и отдельных оформляющих частей прессформ методом заливки легкоплавких сплавов с кристаллизацией под давлением приведена на рис. 125, с; технологические параметры изготовления ФОД из некоторых материалов
Рис. 125
Нагретую обойму устанавливают на плиту 2 пресса и в полость между обоймой 6 и мастер-моделью 3 со вставкой 4 заливают расплавленный сплав 5. Во избежание образования раковин сплав заливают непрерывной струей на близком расстоянии от мастер-модели. После заливки сплава в обойму устанавливаю пуансон 1-температура которого должна быть ниже температуры плавления сплава. Образовавшийся под пуансоном затвердевший слой сплава предотвращает выбрасывание жидкой фазы из обоймы через зазоры между пуансоном и обоймой.
В момент начала кристаллизации у стенок обоймы сплав подпрессовывают до достижения полной кристаллизации, которая обычно заканчивается через 3—5 мин. После этого отливку охлаждают в воде, пуансон и мастер-модель извлекают из формы. Полученная матрица не требует дальнейшей обработки. Используя одну мастер-модель, НУЖНО изготовить значительное число матриц-дублеров. При литье с кристаллизацией под давлением обеспечивается высокая точность размеров форм, так как подпрессовка сплава при охлаждении сводит до минимума его литейную усадку.
Схема изготовления форм для литья из легкоплавких сплавов методом свободной заливки показана на рис. 125, б (/—IV стадии технологического цикла). В стальной корпус 2 па знак / устанавливают мастер-модель 3, нижнюю плоскость которой предварительно смазывают машинным маслом для предохранения от коррозии. Затем изготовляют гипсовую подушку 4. Гипс заливают в нижнюю часть корпуса 2 до плоскости разъема. После выдержки в течение 5—10 мин, когда гипсовый раствор достаточной степени затвердеет, плоскость разъема зачищают и просушивают при температуре не выше 60°С.
Открытые плоскости мастер-модели и формы для литья покрывают графитом для предотвращения адгезии заливаемого расплава к материалу мастер-модели. На нижнюю половину корпуса формы накладывают вторую половину 5 корпуса и через литниковое отверстие а заливают расплав 6. После затвердевания сплава и полного его охлаждения форму переворачивают, гипсовую подушку разрушают, плоскость разъема зачищают и на нее наносят разделительный слой (графит). Затем через отверстие г заливают вторую часть формы. Остывшую форму разбирают. Мастер-модель извлекают из корпуса 2, поверхность матрицы зачищают. После высверливания литникового отверстия 6 пресс-форма готова к работе.
Как показали опыты, целесообразно верхнюю и нижнюю части пресс-формы для литья пластмассы заливать сплавами с разной температурой плавления, причем в первую часть заливать сплав с температурой плавления более высокой, чем у сплава, заливаемого во вторую часть. Это необходимо для предотвращения сплавления частей формы при второй заливке и исключения перегрева оснастки .
Мастер-модель можно изготовлять из латуни, алюминиевых сплавов, углеродистой стали и других материалов, Материал для. мастер-модели выбирают в зависимости от требуемого количества получаемых матриц, квалитета и требуемой шероховатости изделия из пластмассы. Исполнительные размеры мастер-модели должны соответствовать размерам изготовляемых пластмассовых изделий а учетом усадки материала матрицы и пластмассы.
При проектировании и изготовлении мастер-модели необходимо предусматривать на боковых поверхностях уклоны. В качестве мастер-модели можно использовать готовую металлическую деталь,
Наиболее целесообразно изготовлять пресс-формы из легкоплавких сплавов для деталей сложной конфигурации: крыльчаток, вентиляторных колесиз пластмассы, шестерен из пластика (из полиолефинов, полистиролов, полиформальдегида, поликарбоната, полиамидов).
ФОД ПРЕСС-ФОРМЫ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Пластмассовые пресс-формы в основном изготовляют свободной заливкой по моделям; при этом не требуются специализированные станки и обученный персонал, а время и стоимость уменьшаются в 5—6 раз в сравнении с изготовлением стальных пресс-форм.
В пластмассовых формах можно изготовлять литьем пластика под давлением изделия из любых пластмасс, на любых термопластавтоматах. Наиболее выгодно применять их для литья вспененных пластмасс. Ресурс таких пресс-форм для литья колеблется от 200 до 10000 изделий из пластмасс и зависимости от размеров изделия, материала детали, конструкции прессформы, а также от материала матрицы и пуансона.
Механическая прочность, стойкость и точность размеров пластмассовых прессформ определяются физико-механических свойствамипластмассы, используемых при их изготовлении (модуля упругости,теплостойкости, механической прочности, твердости, усадки и ее разброса температурного коэффициента линейного, расширения, теплопроводности).
Теплостойкость полимера должна быть не ниже 100°C, так как до этой температуры материал прессформы должен иметь высокий модуль упругости; в ином случае при значительном давлении литья повреждается материал прессформы, и либо необратимо деформируется формообразующие элементы, либо разрушается прессформа.
При литье пластмассовых деталей в матрицах прессформ возникают значительные растягивающие и сжимающие напряжения; если они превышают прочность пластмассовой композиции, то в матрице появляются трещины. Для надежной длительной работы форм для литья пределы прочности при растяжении и сжатии пластмассовой композиции должны быть такими, чтобы обеспечить достаточный коэффициент запаса прочности (20 МПа, осж^150 МПа), Износ формообразующей поверхности пластмассовых форм уменьшают, повышая твердость композиций. При использовании наполнителей с высокой твердостью (кварц, железный порошок) твердость композиций можно повысить с 120—250 до 500 МПа.
Для увеличения теплопроводности полимерных композиций их состав вводят наполнители, чем выше коэффициент теплопроводности и содержание наполнителя в композиции, тем выше и коэффициент теплопроводности полимерной композиции. Наибольшая теплопроводность достигается, применяя в качестве наполнителя металлы, особенно меди, имеющей высокий коэффициент теплопроводности.
Помимо требований, предъявляемых к физико-механическим и теплофизическим свойствам пластмассовых композиций, необходимо также обеспечить их хорошие технологические свойства. К важнейшим из них относятся низкая начальная вязкость, достаточная жизнеспособность, малый экзотермический эффект при отверждении, незначительная усадка. Низкая вязкость связующего позволяет ввести в композицию большое количество наполнителя. Жизнеспособность композиции должна быть в пределах 1—2 ч (время, требующееся для переработки композиции).
Для изготовления пластмассовых прессформ больших габаритов требуются композиции, придающие малый экзотермический эффект при отверждении, во избежание образования в изделие значительных внутренних напряжений, приводящих
Рис. 126
к трещинам. Уменьшения экзотермического эффекта достигают правильным подбором отвердителя и режима отверждения.
На точность получаемых формообразующих элементов форм влияет усадка композиции, особенно ее разброс. Усадка зависит прежде всего от температуры и времени отверждения, следовательно, нужно подбирать режим, который обеспечат стабильность размеров элементов при эксплуатации.
Наиболее эффективно использование пластмассовых прессформ для изготовления , изделий сложной пространственной конфигурации — патрубков, кулачков, крыльчаток, шестерен из пластмассы (конических, косозубых), корпусных изделия из пластмасс с поверхностью переменной кривизны, изделия из пластика с вогнутой и выпуклой гравировкой (буквы, рисунки), а также с поверхностью, имитирующей кожу, ткань и т. д. Не рекомендуется проектировать пластмассовые формы для получения деталей простой конфигурации (цилиндрических, прямоугольных и др.) и деталей с большим числом отверстий. Следует избегать изготовления резьбовых деталей с шагом менее 1 мм. деталей с мелкой накаткой а выходом накатки на плоскость разъема, так как тонкие выступающие часть пластмассовой матрице скалываются из-за недостаточной прочности полимерной композиции.
Конструирование форм с пластмассовыми формообразующими элементами незначительно отличается от конструирования металлических форм. Тем не менее есть ряд отличий, без учета которых стойкость пластмассовых форм может быть очень низкой.
Поскольку пластмассовые формы применяют для изготовления небольшого числа изделий, то в основном проектируют одногнёздные съемные формы (рис. 126, а). Наиболее рационально проектировать пластмассовые формы в виде сменных пикетов, устанавливаемых в блока. Формы следует проектировать так, чтобы один из наименее трудоемких формообразующих элементов был металлическим. Самая трудоемкая деталь формы для литья — матрица, которую необходимо изготовлять пластмассовой. Пуансоны, как правило, выполняют металлическими, что способствует более быстрому теплообмену и повышению стойкости пресформ.
Матрицу 4 и пуансон 2 устанавливают в соответствующие обоймы 3 и 4 формы по посадке Н6/h6, которой достигают механической обработкой посадочной части; это необходимо для повышения прочности пластмассовой матрицы.
Полимерные композиции, применяемые для изготовления матриц, имеют низкий предел прочности при растяжении (до 30 МПа). В связи с этим необходимо в матрице создать предварительные сжимающие напряжения, запрессовав ее в, обойму с натягом.
Форма посадочной части зависит от конфигурации формообразующей поверхности; ее выбирают круглой или прямоугольной, при этом минимальная толщина стенки формообразующего Элемента не должна быть менее 20 мм. Толщина стенки между армирующими элементами 7 мм, а расстояние от ближайшего армирующего элемента до края формообразующего элемента 10 мм.
При проектировании выталкивающей системы предусматривают размещение выталкивателей в металлических деталях прессформы и армирование пластмассового формообразующего Элемента металлическими втулками я местах расположения выталкивателей, а при проектировании литниковой системы — размещение литниковых каналов в металлических деталях формы и армирование литникового канала, проходящего через пластмассовый формообразующий элемент, стальной втулкой. Это объясняется тем, что литниковые каналы обычно выполняют методами механической обработки после установки формообразующего элемента в матричную плиту. В этом случае возможно вскрытие раковин или образование сколов, которые вызывают быстрое изнашивание поверхностей каналов. В некоторых случаях допускается оформление разводящих и впускных каналов в пластмассовом формообразующем элементе в процессе его приготовления.
Так как пластмассовые формы предназначены для малых серии, то охлаждающую систему можно не проектировать, поскольку теплоотводу способствуют металлические элементы формы. Для повышения износостойкости пресс-форм и уменьшения времени выдержки в них материала в металлическом пуансоне или в обойме выполняют каналы для охлаждения жидкости fга минимально возможном расстоянии от пластмассового формообразующего элемента. Рекомендуется также в процессе изготовления формообразующего элемента устанавливать медные трубки для охлаждающей жидкости на расстоянии не менее 10 мм от формообразующей поверхности.
Наиболее перспективные материалы Для изготовления пластмассовых ФОД — эпоксидные смолы. Сочетание технологичности с высокими прочностными и теплофизическимн характеристиками обусловило неоспоримое- преимущество этих смол но сравнению с другими полимерами.
Разработан ряд композиций на основе Эпоксидных смол различных химических структур с разными физико-механическнми и технологическими свойствами. Некоторые особенности в приготовлении обусловлены различными свойствами исходных компонентов. Широкий ассортимент разработанных композиций позволяет сделать выбор в зависимости от наличия компонентов, применяемого технологического оборудования и серийности производства.
Пластмассовую матрицу изготовляют по модели двухстадийным методом, предусматривающим последовательное нанесение облицовочного и конструкционного слоев. Первый слои обеспечивает высокое качество рабочей поверхности формообразующего элемента, второй — ее необходимую механическую прочность. Облицовочную композицию наносят на модель мягкой кистью для предотвращения появления пор и раковин. Число слоев обычно два-три — в зависимости от сложности покрываемого профиля.
Облицовочная композиция должна быть достаточно жидкой, чтобы ее было нетрудно наносить кистью на модель, а также тиксотропной во избежание стекания облицовочного слоя с модели. Оба эти качества зависят от вида и количества наполнителя в композиции. В качестве наполнителей для облицовочных композиций используют высокодисперспые порошки металлов (железо карбонильное, никель карбонильный) и графит. Тиксотропную обеспечивает аэросил.
Конструкционный слой представляет собой высоконаполненную порошком металла полимерную композицию- наполнителем обычно является порошок различной дисперсности (180—250. мкм). Массовая доля наполнителя, вводимого в полимерную композицию, составляет 250—1200 на 100 массовых долей смолы в зависимости от вязкости связующего и температуры переработки компаунда. Посте, заливки наполнительной композиции в опоку ее уплотняют на виброплощадке .
Технология изготовления пластмассовых формообразующих элементов форм (см. рис. 126—г) заключается в следующем. Мастер-модель устанавливают наполненную композицию 4 (рис. 126, в) заливают при непрерывном вибрировании оснастки. При этом легче удаляется воздух из отливки, и композиция хорошо уплотняется. После того как залита композиция, над поверхностью уплотненного порошка выступает избыток связующего. Этот избыток удаляют или добавляют наполнитель до полного насыщения связующего. Отливку помещают в термостат, где по заданному режиму проходит процесс отверждения, по окончании которого, не охлаждая отливку, извлекают из нее модель (рис. 126, г). Модель извлекают легко благодаря зазору, который возникает из-за различия температурных коэффициентов линейного расширения материалов модели и полимерной композиции. Формообразующий элемент оставляют в выключенном термостате до тех пор, пока температура в нем не станет равна комнатной, а затем извлекают из опоки.
Ротовую пластмассовую матрицу обрабатывают посадочный размер матричной платы. Пластмассовый формообразующий элемент устанавливают в обойму по посадке H7/s6; при этом создается натяг, так как матрицу перед вапрессовкой охлаждают до температуры —5 °С и запрессовывают в обойму При незначительном усилии.
При эксплуатации форм с пластмассовыми формообразующими элементами нужно помнить, что материал элемента имеет ряд специфических особенностей: значительно меньшую, чем у металлов, прочность, повышенную хрупкость, низкую теплопроводность, высокий температурный коэффициент линейного расширения. Все это не позволяет эксплуатировать пластмассовые формы наравне о металлическими и обусловливает ряд требований при работе с ними.
При литье изделий надо избегать избыточного давления в формообразующей полости, для чего первые изделия лучше получать недолитыми и постепенно доводить количество впрыскиваемого материала до необходимого. При работе с формообразующими элементами форм следует избегать резких ударов и особенно сильного перегрева. Следует помнить, что цикл литья по этой технологии несколько увеличивается из-за длительного остывания деталей в пресс-форме. Для извлечения застрявшей в форме деталииз пластмассы недопустимо применение стальных инструментов; следует использовать медный или алюминиевый инструмент.
12-09-2022
03-03-2021
02-03-2021
17-02-2021
06-04-2020