ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТОДОМ ПРЕССОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРМОРЕАКТИВНОЙ ПЛАСТМАССЫ, В ТОМ ЧИСЛЕ АРМИРОВАННОЙ, НАПРИМЕР, СТЕКЛОВОЛОКНОМ

Полезная модель относится к устройствам для изготовления путем прессования изделий сложной формы с полостями, например, корпусов автоматических электрических выключателей из термореактивной пластмассы, в том числе армированной стеклянными волокнами - премиксом.
Известна установка для изготовления пустотелых изделий, содержащая узел загрузки преформ, инфракрасную печь для нагрева преформ, блок выдува, включающий пресс-форму, состоящую из двух полуформ и плиты, установленных с возможностью синхронного возвратно-поступательного перемещения, механизм вытяжки, включающий в себя вытягивающие штоки, установленные на совершающей возвратно-поступательное перемещение под действием приводного устройства каретке с возможностью совершения возвратно-поступательного перемещения и воздействия на герметизирующие устройства для перемещения последних по заданному при поступательном движении указанных штоков направлению, а также узел разгрузки бутылок, при этом механизм вытяжки снабжен, по крайней мере, одним блокиатором, установленным с возможностью противодействия указанному перемещению герметизирующих устройств при поступательном движении формообразующих элементов блока выдува, а вытягивающие штоки установлены с возможностью взаимодействия с приводным устройством каретки и одновременного с формообразующими элементами перемещения в направлении движения и обратно (патент на ПМ №22094, МПК В29С 49/28 - аналог).
В указанном устройстве инфракрасный лучистый нагрев пресс-форм позволяет резко упростить их конструкцию, экономно расходовать энергию при обработке термопластичных материалов (пластмассы, стекло, металлы). Недостатком устройства является невозможность его использования для формования изделий из термореактивных материалов, требующих длительного нахождения материала в нагретой пресс-форме при постоянной температуре для проведения химических реакций полимеризации и отверждения.
Известна установка радиационного нагрева заготовок, преимущественно типа обечаек, содержащая панель с размещенными на ее внутренней стороне отражательным экраном, трубчатыми нагревателями и прокладкой из кварцевого стекла, установка снабжена дополнительными экранами, установленными с обеих сторон нагревателей симметрично относительно их продольных осей и с охватом части их поверхностей, при этом отражательный экран и прокладка выполнены цилиндрической формы замкнутого или незамкнутого контура (Авторское свидетельство №1358281, МПК В30В 15/00 - аналог).
В указанном устройстве повышается равномерность нагрева листовых заготовок перед формообразованием непосредственно в рабочей зоне штамповочной машины (обтяжного пресса или молота). Недостатком устройства также является невозможность его использования для формования изделий из термореактивных материалов, требующих длительного нахождения материала в нагретой пресс-форме при постоянной температуре для проведения химических реакций полимеризации и отверждения и холодного состоянии прессуемого материала перед загрузкой в пресс-форму.
Известен способ прессования профилей, включающий размещение на матрице стеклошайбы, подачу в контейнер цилиндрической заготовки, нагретой до температуры прессования, размещение между заготовкой и пресс-шайбой задней технологической шайбы со сферической полостью, нагретой до заданной температуры, и прессование профиля, причем, перед прессованием между стеклошайбой и заготовкой размещают переднюю технологическую шайбу, изготовленную из материала, предел текучести которого при заданной температуре составляет 0,8÷1,5 предела текучести материала заготовки при температуре прессования (патент на изобретение №2333061, МПК В21С 23/08).
В этом способе прессования профилей, преимущественно прутков методом горячего прессования из труднодеформируемых материалов, в частности из титановых сплавов, при прессовании профилей используют стеклошайбы. Применение стеклянных материалов при горячем прессовании в качестве смазки также известно, (Грудев А.П Трение и смазки при обработке металлов давлением Справочник. 1982 г.). В способе используются механические характеристики стеклянных материалов при высоких давлениях и температурах, но не используются такие свойства стекла, как прозрачность для света.
Наиболее близким является пресс для изготовления изделий, полностью или частично состоящих из пластика или композита, содержащий матрицу, пуансон и устройство для нагрева пресс-формы, установленной на прессе, содержащее сердечник, предпочтительно изготовленный из листовой электротехнической стали, систему обмоток, расположенных на сердечнике, и источник напряжения, связанный с системой обмоток для создания магнитного поля внутри и вокруг сердечника, при этом сердечник включает два полюса, между которыми расположена, по крайней мере, частично, пресс-форма, которые выполнены с возможностью смещения относительно друг друга для создания прессующего усилия на пресс-форму и которые также обеспечивают прохождение создаваемого магнитного поля через пресс-форму таким образом, чтобы магнитное поле нагревало пресс-форму (заявка на изобретение №98115304, МПК В30В 15/34, Н05В 6/10, Н05В 6/38 - прототип).
Устройство позволяет формовать давлением изделия из термореактивных материалов. Недостатком устройства является его сложность и значительные габаритные размеры, вызванные необходимостью создания магнитопровода, охватывающего пресс-форму.
Недостатком устройства является также значительные потери тепла, вызванные, прежде всего самим фактом выделения тепла не в прессуемом материале, а в массивной, теплопроводной и теплоемкой стальной оснастке - прессформах и магнитопроводах.
Общим недостатком описанных устройств являются большие потери энергии, износ дорогостоящего хромированного покрытия армированной стеклянными волокнами термореактивной прессуемой массой, сложность конструкции и технологическая сложность изготовления и ремонта пресс-форм.
Задача полезной модели - упрощение конструкции устройства, снижение тепловых потерь, упрощение технологии изготовления и ремонта, повышение безопасности обслуживания.
Технический результат заключается в повышении эффективности прессования изделий за счет снижения энергозатрат, применения более дешевых конструктивных материалов, управления тепловыделением, отказа от применения износостойкого покрытия.
Поставленная задача достигается тем, что в пресс-форме для изготовления методом прессования изделий из термореактивной пластмассы, в том числе армированной, например, стекловолокном, содержащей матрицу, пуансон и устройство для нагрева прессуемой массы, матрица и/или пуансон выполнены частично из прозрачного высокопрочного материала, например, закаленного стекла, расположенного со стороны прессуемого изделия, а устройством для нагрева прессуемой массы являются один и более малоинерционных электрических источников светового излучения, расположенных в прозрачных частях пресс-формы (в матрице и/или пуансоне).
Поставленная задача достигается и тем, что матрица и/или пуансон целиком выполнены из прозрачного высокопрочного материала.
На чертеже изображена заявляемая пресс-форма для изготовления методом прессования изделий из термореактивных пластмасс.
Устройство с заявляемой пресс-формой содержит верхнюю станину 1 пресса, нижнюю станину 2 пресса, пуансон 3, матрицу 4, малоинерционные источники 5 светового излучения, прессуемый термопластичный материал 6 из термореактивной пластмассы, в том числе армированной, например, стекловолокном, плиту крепления пуансона 7, плиту крепления матрицы 8. Матрица с пуансоном, или только матрица, или только пуансон могут быть выполнены целиком или частично из прозрачного высокопрочного материала, например, закаленного стекла, расположенного со стороны прессуемого изделия. Малоинерционные источники 5 светового излучения могут располагаться в прозрачных частях как в матрице и пуансоне, так отдельно либо в матрице, либо в пуансоне. На чертеже показано расположение малоинерционных источников 5 светового излучения в матрице 4, выполненной из прозрачного высокопрочного материала.
Световые источники являются малоинерционными преобразователями электрического тока в поток света спектрального состава, соответствующего пропускной способности прозрачного материала пресс-формы. Это могут быть, например, электрические лампы (накальные, газоразрядные, дуговые и др.) преимущественно инфракрасного, видимого или ультрафиолетового света. Мощность излучаемого потока света должна обеспечивать нагрев материала в зазорах между матрицей и пуансоном до требуемых для проведения реакции полимеризации температур, например, до 150°С.
Устройство работает следующим образом.
Предлагается изготавливать пресс-формы (матрицу и/или пунсон) из высокопрочного, и прозрачного материала, например, из закаленного стекла. Пресс-форма со сложной геометрией может быть изготовлена целиком, по литейной технологии или сборкой пресс-формы из отдельных частей более простой формы.
Сравнивая характеристики механической прочности стекла и стали, можно сделать вывод, что стекло по таким механическим характеристикам, как предел прочности на сжатие превосходит прочность стали до 7 раз.
Твердость стекла превосходит твердость сталей, из которой изготавливаются пресс-формы, например, стали марки 5ХНМ (твердость 38-45 HRC), (http://www.oao-zel.ru/infos/infos l.html) и соизмерима с твердостью напильников, которая составляет около 67-70 HRC по шкале Роквелла. (http://www.tspc.ru/search/index.php?q=hardness). Твердость стекла отдельных марок, например кварцевого, оцениваемая по шкале Мооса, характеризующей царапание одних веществ другими, равна примерно 7 - твердости кварца. (А.М.Шепелев. Стекольные работы. «Профтехобразование», 1980).
Твердость же хрома по этой же шкале, составляет 8,5. Однако, хромовое покрытие пресс-форм осуществляется преимущественно гальваническим путем, и наносимый таким способом слой хрома рыхлый и менее твердый, чем твердость хрома, указываемая в справочниках. Поэтому можно утверждать, что предлагаемая стеклянная пресс-форма по износостойкости будет соизмерима с износостойкостью существующих пресс-форм, покрытых слоем хрома.
Прессуемый материал 6 размещается в матрицу 4. Пуансон 3 под действием пресса сдавливает пластичный материал, заставляя его течь и заполнять зазоры между матрицей и пуансоном. Таким образом, происходит придание требуемой формы материалу.
После формования включаются источники 5 светового излучения, размещенные внутри матрицы и/или пуансона. Световой поток попадает через прозрачный материал пуансона и/или матрицы на прессуемый материал в зазоре между матрицей и пуансоном. При этом в непрозрачном прессуемом материале большая часть световой энергии выделяется в виде тепла, нагревая материал. Под действием повышенной температуры (примерно 150°С), активизируются процессы полимеризации термореактивной пластмассы. Через некоторое время (порядка 5 минут) полимеризация завершается, материал набирает требуемую прочность и твердость. Указанные временной и температурный режимы являются технологическими характеристиками и соответствуют, например, премиксу марки ДМС-20-РМ, применяемому для изготовления корпусов электрических выключателей.
После этого осуществляется разъем пресс-формы, выемка изделия. На этом этапе световые источники выключаются. Далее цикл повторяется.
Использование малоинерционных источников светового излучения, помещенных внутрь стеклянной пресс-формы (матрицы и/или пуансона), позволит уменьшить потери при нагреве. Проходя сквозь стекло, излучение будет нагревать непосредственно сырье (премикс). Экономия электрической энергии достигается также путем включения и отключения малоинерционных источников света в заданные интервалы времени.
Длительность работы и потребляемая мощность электрических световых источников определяется требуемым количеством тепла для нагрева прессуемой массы и обеспечения технологического режима.
Безопасность обслуживания процесса повышается за счет отключения источников света в периоды выполнения персоналом загрузки материала и выемки изделия.
Упрощение технологии изготовления и ремонта поверхности пресс-форм достигается повышением твердости матрицы и пуансона за счет выполнения их из прозрачного высокопрочного, например, закаленного стекла и исключения технологических операций нанесения износостойкого покрытия, например из хрома, на поверхность металлических пресс-форм прототипа.
Таким образом, размещение источников света в частях пресс-формы, выполненных прозрачными, позволит упростить конструкцию устройства, обеспечит значительную экономию электроэнергии при нагреве прессуемого материала, экономию средств на ремонт и изготовление пресс-форм, повысит безопасность обслуживания пресса, повысить износостойкость поверхностей пресс-форм, т.е. повысит производительность установки.
Кроме того, внедрение заявляемого решения предполагает использование достаточно распространенных и недефицитных материалов и устройств, не сложных в производстве.