Металл-металлополимерная пресс-форма

Устройство относится к формообразующей оснастке, а именно металл-металлополимерным пресс-формам для литья термопластичных полимеров, с целью изготовления пластиковых изделий.
Известен способ изготовления металлополимерных пресс-форм (Патент РФ на изобретение №2534169, МПК B22C 9/00. опубликован 2014.27.11), включающий изготовление литейной модели с помощью послойного выращивания одной половины пресс-формы и модели на 3D –принтере. Затем модель выкладывается в выращенную на 3-D принтере половину пресс-формы и заливается жидким металлополимером. После затвердевания пресс-форма удаляется, модель остается в отлитой половине и снова заливается металлополимером. Так получается вторая половина пресс-формы. После затвердевания форма разнимается, модель удаляется и получается готовая пресс-форма.
Однако полученная таким способом пресс-форма обладает низкой стойкостью, так как она полностью изготовлена из металлополимера, предел прочности которого значительно ниже усилий, оказываемых на пресс-форму термопластавтоматом. Другим недостатком способа является то, что полученная пресс-форма рассчитана только для изготовления конкретного изделия и не может быть реконструирована или использованы ее части для производства других изделий. Также способ не обеспечивает дегазацию металлополимера, из-за чего состав при затвердевании приобретает пористую структуру, а на формообразующей поверхности возникают воздушные раковины, что приводит к браку пресс-формы. Описанный способ не предполагает наличия в пресс-форме каналов охлаждения, отсутствие которых приводит к низкой эффективности охлаждения пресс-формы и как следствие увеличенному циклу изготовления изделия.
Наиболее близким к заявленному устройству по совокупности существующих признаков является устройство, описанное в способе производства металлополимерных формообразующих поверхностей матриц и пуансонов пресс-форм (Патент РФ на изобретение №2631785, МПК-2015.01 B29C 33/00. опубликован 2017.26.09). Матрица и пуансон изготавливаются в виде металлических плит с полостью для заливки жидкого металлополимера и выпорами. В металлических плитах размещают модели, далее металлические плиты устанавливают на базовую плоскость, затем в полость металлических плит заливают жидкий металлополимер, после отверждения которого в вакуумной среде в течение трех часов, модель удаляют.
Недостатком пресс-формы является невысокая производительность, обусловленная не эффективным охлаждением формообразующей поверхности. Известно, что между скоростью охлаждения формообразующей поверхности и расстоянием от стенки канала охлаждения до формообразующей поверхности существует обратно пропорциональная зависимость. В указанном устройстве, каналы охлаждения являются прямолинейными и выполнены в металлических плитах, это не позволяет обеспечить высокую эффективность охлаждения формообразующих поверхностей в независимости от профиля формообразующей поверхности, и как следствие, высокую производительность.
С конструктивными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: матрица с литниковой втулкой и пуансон имеющие каналы охлаждения, размещенные с возможностью перемещения по направляющим колонкам и выполненные в виде металлических плит, имеющих полости, заполненные металлополимером с образованием формообразующих поверхностей.
Сущность полезной модели заключается в том, что металл-металлополимерная пресс-форма содержит матрицу с литниковой втулкой и пуансон имеющие каналы охлаждения, размещенные с возможностью перемещения по направляющим колонкам и выполненные в виде металлических плит, имеющих полости, заполненные металлополимером с образованием формообразующих поверхностей. Каналы охлаждения матрицы и пуансона выполнены профильными, расположены в металлополимере эквидистантно формообразующим поверхностям и, посредством соединительных элементов, установленных в отверстиях боковых стенок матрицы и пуансона, связаны с системой охлаждения, при этом пуансон жестко связан с плитой выталкивателя, установленного в ней с возможностью перемещения.
Задачей, на решение которой направлено устройство, является повышение производительности путем обеспечения эффективного охлаждения за счет расположения стенок канала охлаждения на заданном расстоянии к формообразующей поверхности в металлополимерной части матрицы и пуансона пресс-формы.
Поставленная задача решается за счет того, что каналы охлаждения матрицы и пуансона выполнены профильными, расположены в металлополимере эквидистантно формообразующим поверхностям и, посредством соединительных элементов, установленных в отверстиях боковых стенок матрицы и пуансона, связаны с системой охлаждения, при этом пуансон жестко связан с плитой выталкивателя, установленного в ней с возможностью перемещения.
Сущность устройства иллюстрируется графическим материалом.
На фиг. 1. показан поперечный разрез металл-металлополимерной пресс-формы; на фиг. 2 – показан разрез А – А с фиг. 1.
Заявленная металл-металлополимерная пресс-форма реализуются на примере металл-металлополимерной пресс-формы для литья термопластичных полимеров с одной плоскостью разъема.
Металл-металлополимерная пресс-форма состоит из матрицы 1 и пуансона 2, представляющих собой металлические плиты 3 и 4 с внутренними полостями 5, выпорами 6, отверстиями 7, например резьбовыми, выполненными на боковых стенках. В отверстиях 7 размещены соединительные элементы 8, например штуцеры, связанные с системой охлаждения посредством трубопроводов (на фиг. не показана). В металлической плите 3 матрицы 1 выполнено отверстие 9 под литниковую втулку 10. Внутренние полости 5 матрицы 1 и пуансона 2 заполнены металлополимером с образованием формообразующих поверхностей 11 путем отпечатка модели изделия (на фигуре не показана) в жидком металлополимере. При этом в металлополимере матрицы 1 и пуансона 2 выполнены каналы охлаждения 12, которые расположены эквидистантно формообразующим поверхностям 11. Форма поперечного сечения каналов охлаждения 12 может иметь любой профиль, например окружность. Форма сечения канала охлаждения 12 и его профиль обеспечиваются путем размещения в металлополимере закладных деталей 13, имеющих необходимую форму сечения и профиль, а затем их выплавления. Закладная деталь 13 предварительно получается путем печати на 3D принтере из материала имеющего температуру плавления от 45 до 60˚С, например, воск или парафин.
В металлических плитах 3 и 4 предусмотрены отверстия 14 под направляющие колонки 15.
В металлополимерной части матрицы 1 выполнен литьевой канал 16.
В металлополимерной части пуансона 2 выполнено отверстие 17, в которое установлен выталкиватель 18, хвостовик которого, в свою очередь, установлен с возможностью перемещения в плиту выталкивателя 19. Плита выталкивателя 19 соединена при помощи крепежных элементов 20 с пуансоном 2.
Устройство монтируется и работает следующим образом.
Предварительно на 3D принтере производится изготовление части модели изделия, ограниченной плоскостью разъема пресс-формы по которой в последующем получается отпечаток в жидком металлополимере. Затем изготавливается металлическая плита 3 с отверстием под литниковую втулку 9, выпорами 6, резьбовыми отверстиями 7, отверстиями 14 под направляющие колонки. Металлическая плита 3 имеет полость 5 для заливки жидкого металлополимера. В полости 5 металлической плиты 3 при помощи соединительных элементов 8 закрепляется закладная деталь 13 эквидистантно формообразующей поверхности. Закладная деталь 13 изготавливается на 3D принтере, причем ее сечение может иметь любую форму, например круглую или эллиптическую, а профиль выполнен эквидистантно формообразующей поверхности. Закрепление закладной детали 13 в полости металлической плиты 3 происходит путем поджатия с двух сторон соединительными элементами 8. При этом концы закладной детали 13 установлены в отверстия соединительных элементов 8. Металлическая плита 3 с закрепленной в ее полости 5 закладной деталью 13 устанавливается поверх предварительно изготовленной части модели.
Далее готовится жидкий металлополимерный состав с металлическим наполнителем, имеющим высокую теплопроводность, например, алюминий. Приготовленный жидкий металлополимерный состав через отверстия выпоров 6 заливается в полость 5 металлической плиты 3. Отверстие под литниковую втулку 9 предварительно заглушается от попадания в него жидкого металлополимера, например, пластилином. Металлическая плита 3 в сборе с закладной деталью 13, моделью и залитым жидким металлополимером, помещается в вакуумную среду для удаления газообразных включений из жидкого металлополимера, влияющих на пористость и однородность отвержденного металлополимера и, как следствие, на теплопроводность. После отверждения металлополимера в течении 3 часов, модель извлекается. Образовавшийся отпечаток модели в отвержденном металлополимере является металлополимерной формообразующей поверхностью 11 матрицы 1 пресс-формы. Далее металл-металлополимерная матрица 1 пресс-формы подвергается термообработке в течении 12ч при температуре 120˚С в следствии чего закладная деталь 13 выплавляется и в металлополимерной части матрицы 1 образуется профильный канал охлаждения 12.
Металл-металлополимерный пуансон 2 пресс-формы изготавливается аналогичным образом.
Получившиеся в металлополимерных частях матрицы 1 и пуансона 2 каналы охлаждения 12 могут иметь любую форму, размер сечения и располагаются эквидистантно формообразующей поверхности, тем самым обеспечивая заданное расстояние от стенок канала охлаждения 12 до формообразующей поверхности 11 и обеспечивают эффективное охлаждение формообразующей оснастки, что приведет к уменьшению времени цикла формования изделия в пресс-форме с металл-металлополимерными матрицей 1 и пуансоном 2.
Далее производят шлифовку плоскостей разъема на металл-металлополимерных матрице 1 и пуансоне 2 пресс-формы, выполнение литьевого канала 16 и отверстия 17 под выталкиватель 18. Производится сборка пакета пресс-формы из матрицы 1 и пуансона 2 посредством центрирования друг относительно друга направляющими колонками 15. Затем в матрицу 1 устанавливается литниковая втулка 10, а в отверстие под выталкиватель 17 пуансона 2 устанавливается выталкиватель 18. После при помощи соединительных элементов 20 к пуансону 2 крепится плита выталкивателя 19.
После сборки пресс-форма устанавливается на стол литьевой машины таким образом, чтобы выталкиватель 18 находился в крайнем нижнем положении. Сопло литьевой машины подводится к литниковой втулке 10. Производится нагнетание горячей термопластичной массы через литниковый канал 16 в полость образованную формообразующими поверхностями 11 в пуансоне 2 и матрице 1.
Через соединительные элементы 8, каналы охлаждения 12 соединены с системой охлаждения, которая обеспечивает охлаждение и циркуляцию хладагента в системе. После выдержки и остывании расплавленной массы сопло литьевой машины отводится, матрица 1 пресс-формы снимается путем перемещения по направляющим колонкам 15, полученное изделие при этом остается в пуансоне 2 из-за более шероховатой формообразующей поверхности 11, что предварительно обеспечивается при образовании формообразующей поверхности одним из широко известных технологических решений. Далее на хвостовик выталкивателя 18 подается усилие выталкивания. Выталкиватель 18 перемещаясь по отверстию 17 передает усилие выталкивания на изделие, что приводит к извлечению изделия из пуансона 2.
После матрица 1 пресс-формы снова устанавливается на направляющие колонки 15 и производится повторный цикл отливки изделия.