ПРЕСС-ФОРМА

Предложение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для формования изделий из пластмасс с арматурой путем прямого прессования, и может быть использовано при изготовлении проходных изоляторов из реактопластов, предназначенных, например, для тяговых генераторов тепловозов.
Пресс-форма - устройство для получения объемных заготовок (изделий) различной конфигурации из металла, пластмасс, резины, керамических и других материалов под действием на них давления, создаваемого на литейных машинах или прессах. В пресс-формах может быть одна или несколько оформляющих (формующих) полостей, которые являются обратным отпечатком внешней поверхности заготовки. При прессовании полых изделий их внутренние полости формуются пуансонами (стержнями).
Известна форма для изготовления изделий из пластмассы, состоящая из двух полуформ, а именно матрицы и пуансона, расположенных соосно относительно друга по вертикальной оси [1].
Данная полуформа-пуансон состоит из втулки и пуансона, который направляется во втулке и выполнен подвижным относительно нее, а полуформа-матрица содержит опорную плиту, гильзу, образующую вместе с опорной плитой полость для размещения порции пластмассы, подлежащей формованию.
Недостатком данного устройства является то, что, порция пресс-материала, помещенная в формовочную полость, подвергаясь воздействию центробежных сил, стремится выскользнуть в радиальном направлении и оказывается захваченной между полуформой-матрицей и полуформой-пуансоном с образованием облоя. Поэтому изделие, полученное в такой форме, имеет участки с неоднородной структурой.
Известна также пресс-форма гидравлического пресса, выполненная в виде матрицы и подвижного пуансона [2].
Нижняя неподвижная часть пресс-формы (матрица) имеет углубление для прессуемого материала. Верхняя подвижная часть пресс-формы (пуансон) установлена с возможностью осевого перемещения. С помощью гидравлического привода обе части пресс-формы смыкают, и материал определенное время находится под нужным давлением. Затем части пресс-формы размыкают и извлекают полученное изделие.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, при этом она непригодна для изготовления изделий, снабженных арматурой.
Часто в пластмассу впрессовывают металлические детали, которые служат для усиления (армирования) как всего изделия, так и отдельных его частей. Армирование применяют также для создания прочных элементов резьбового соединения, для скрепления пластмассовой детали с другими деталями конструкции. Армированием можно закрепить в пластмассовой детали контакт или проводник для удобства монтажа электрической схемы прибора.
Арматуру устанавливают в пресс-форму перед прессованием. Арматура должна быть надежно зафиксирована в пресс-форме, так как при прессовании на нее действуют значительные усилия. Обычно для изготовления изделий со сложной арматурой применяют пресс-формы литьевого прессования, так как в таких пресс-формах арматура испытывает меньшее давление со стороны потока пластмассы.
При этом размеры, форма арматуры, а также толщина слоя пластмассы, окружающего арматуру, должны быть определенной величины. Несоблюдение этого правила приводит к браку. Например, если слой пластмассы вокруг арматуры меньше нормы, деталь растрескивается. Причем этот вид брака может выявиться только через некоторое время (при эксплуатации изделия).
Известна пресс-форма для изготовления изделий с проволочной арматурой [3].
Данная пресс-форма состоит из двух полуформ, в которых на линии смыкания выполнены окна для арматуры.
К недостаткам известной конструкции можно отнести то, что расплав термопластического полимера заполняет пресс-форму очень неравномерно и для получения качественных изделий требуется приложение больших давлений при прессовании, в противном случае изделия получаются неоднородными по структуре. В свою очередь, приложение больших давлений удорожает процесс, увеличивает себестоимость изделий и снижает производительность труда.
Известна также многогнездная пресс-форма для изготовления полимерных изделий с арматурой, гнездо которой включает матрицу с облойными канавками и отверстиям, арматуру, установленную в матрице, трубчатый пуансон [4].
Недостатком данного устройства является недостаточная прочность изделий, так как литьевое прессование сопровождается частичным разрушением пресс-материала в момент его прохождения через литниковые каналы и беспорядочной ориентацией материала в оформляющей полости пресс-формы.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является пресс-форма, предназначенная для прямого прессования изделий с арматурой, содержащая неподвижную матрицу с загрузочной камерой и коаксиально расположенный пуансон, установленный с возможностью
перемещения по вертикальной оси устройства и включающий зафиксированную на нем арматуру [5].
Недостатками известного устройства являются низкое качество изделий, а также необходимость подпрессовки или кратковременного раскрытия пресс-формы для выпуска газов, интенсивно образующихся при нагреве пластмассы.
Из анализа уровня техники ясно, что задача создания формы, простой по конструкции, пригодной для изготовления изделий с арматурой, легко обслуживаемой на практике и применимой в обычных устройствах без необходимости их существенной модификации, является актуальной.
Технический результат предложения заключается в улучшении качества изделий с арматурой за счет повышения однородности и степени наполнения полости формы путем комбинированного прессования.
Для достижения указанного технического результата в пресс-форме, предназначенной для прямого прессования изделий с арматурой из реактопластов, содержащей неподвижную матрицу с загрузочной камерой и коаксиально расположенный пуансон, установленный с возможностью перемещения по вертикальной оси устройства и включающий зафиксированную на нем арматуру, согласно предложению, матрица содержит элемент литьевого прессования в виде кольцевой проточки, выполненной с образованием зазора с боковой поверхностью арматуры при перемещении пуансона из загрузочной камеры в оформляющую полость матрицы.
Наличие отличительных признаков, а именно исполнение матрицы с дополнительным элементом литьевого прессования в виде кольцевой проточки, выполненной с образованием зазора с боковой поверхностью арматуры при перемещении пуансона из загрузочной камеры в оформляющую полость матрицы, свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез пресс-формы; на фиг.2 представлен элемент литьевого прессования; на фиг.3 изображено изделие с арматурой, а именно проходной изолятор БИЛТ 686111.032, изготовленный на заявляемой пресс-форме.
Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа технического решения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.
Заявляемая пресс-форма предназначена для изготовления армированных изделий, например изолятора типа БИЛТ 686111.032, снабженного приспособлениями для крепления его к генератору ГП-311Б.
Изолятор - это устройство для электрической изоляции и механической связи частей электрического устройства, находящихся под различными электрическими потенциалами. Изолятор состоит из диэлектрика (собственно изолятора) и деталей для его крепления (арматуры).
Данный изолятор изготавливают из реактопласта марки ДСВ. Реактопласты при нагреве во время переработки переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Процесс переработки реактопластов необратим - они не размягчаются вторично. В машиностроении широко применяют термореактивные прессовочные массы, получаемые на основе фенолальдегидных смол или их модификаций (фенолпласты).
Заявляемое устройство относится к пресс-формам прямого прессования. Устройство установлено на вертикальном гидравлическом прессе с нагреваемыми пластинами. В процессе прямого прессования реактопласт подвергается однократному воздействию температуры и давления.
Пресс-форма состоит из двух частей (полуформ), образующих единый блок, между ними находится зона формообразования, где и происходит получение формуемого изделия (фиг.1).
Устройство включает неподвижную матрицу 1, содержащую полость, оформляющую нижнюю и наружную поверхность изделия, и загрузочную
камеру, которая является продолжением указанной полости. Это простейший вариант конструкции, в которой матрица 1 представляет одно целое с загрузочной камерой. Нижняя часть является оформляющей полостью, а верхняя предназначена для размещения пресс-материала перед прессованием. Матрица 1 установлена на обогреваемом столе пресса (на чертеже не показаны).
Пресс-форма также имеет подвижный пуансон 2, а именно деталь, передающую давление непосредственно на пресс-материал и оформляющую верхнюю и внутреннюю поверхность изделия. Пуансон 2 закреплен в плитепуансонодержателе (на чертеже не показана).
Матрица 1 содержит элемент литьевого прессования в виде кольцевой проточки 3 в верхней части оформляющей полости (фиг.2). Арматура 4 представляет собой металлический стержень с резьбой, который зафиксирован винтом на подвижном пуансоне 2. Закладные детали 5 размещены в нижней части оформляющей полости матрицы 1 (фиг.1).
Детали пресс-формы изготовлены из углеродистой стали.
Устройство работает следующим образом.
Перед прессованием арматуру 4 фиксируют на пуансоне 2. На дно матрицы 1 укладывают закладные детали изолятора 6 (фиг.3).
Для получения изделия термореактивный пресс-материал загружают в горячую матрицу 1 и подвергают давлению пуансоном 2. Нагретый пресс-материал под действием давления благодаря временной пластичности течет и заполняет рабочую полость пресс-формы, соответствующую форме изделия. В нашем примере температура прессования составляет 160°С. Для прессования реактопластов необходимо удельное давление от 29 400 до 98 000 кПа в зависимости от марки пресс-материала. Выдержка в пресс-форме для отвердения зависит от толщины стенок изделия и составляет от 30 секунд до 2,5 минут на 1 мм толщины стенки изделия.
Пресс-форма закрывается под давлением до полного смыкания. При этом кольцевая проточка 3 обеспечивает непрерывное перетекание пресс-
материала из загрузочной камеры в оформляющую полость матрицы 1. При изготовлении изолятора типа БИЛТ, образующийся за счет этой проточки кольцевой поясок на отпрессовке является технологическим элементом, который затем удаляют при механической обработке готового изделия.
Затем осуществляется полимеризация при заданном технологическом режиме. По окончании процесса полимеризации пресс-форма размыкается, готовое изделие извлекают из пресс-формы, при этом отсоединяют арматуру 4 от пуансона 2 (откручивают винт), и далее цикл работы повторяют.
При прямом прессовании давление передается непосредственно на изделие, что позволяет получить детали из пластмасс с повышенной механической прочностью по сравнению с литьевым прессованием.
Отсутствие отдельной загрузочной камеры упрощает конструкцию пресс-формы и снижает стоимость изготовления. Подобную конструкцию применяют при отсутствии сложных оформляющих элементов на дне матрицы.
В связи с этим арматура закреплена на подвижном пуансоне по оси его движения, являясь продолжением пуансона, поэтому она не препятствует пресс-материалу равномерно распределяться в полости матрицы, и в то же время сохраняет свою форму. В момент захода арматуры в матрицу через зазор, образованный кольцевой проточкой в матрице и боковой поверхностью арматуры, пресс-материал под воздействием давления и температуры перетекает в оформляющую полость матрицы, что способствует повышению плотности прессуемого материала в изделии.
Устройство было разработано и успешно использовано на Оренбургском локомотиворемонтном заводе.
Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Источники информации:
1. Патент US №5786079, В29С 43/08, 1998.
2. Завгородний В.К. и др. Оборудование предприятий по переработке пластмасс. Ленинград: Химия, 1972, с.89-92.
3. Авторское свидетельство SU №1343718, В29С 43/18, 2005.
4. Авторское свидетельство SU №1391916, В29С 43/36, 1988.
5. Технологическая оснастка для холодной штамповки, прессование пластмасс и литья под давлением. Пресс-формы для пластмасс, часть 2. Каталог-справочник, издание 2. Министерство станкостроительной и инструментальной промышленности. НИИ информации по машиностроению. 1967 год, стр.47, рис.35 г.