МАСТЕР-МОДЕЛЬ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к изготовлению мастер-моделей, которые используются для выкладки и формования изделий, в частности, для выкладки и формования полимерной оснастки из композиционных материалов и может найти применение в аэрокосмической, судостроительной и других отраслях промышленности.
Мастер-модель - это модель изделия в натуральную величину, по которой выполняются формы для изготовления изделий или сами изделия, в частности, по мастер-модели выкладывается и формуется полимерная оснастка, используемая в дальнейшем как форма для изготовления деталей из полимерных композиционных материалов.
Для изготовления мастер-моделей используют различные материалы.
Известна мастер-модель из металлических материалов (В.С. Боголюбов «Формообразующая оснастка из полимерных материалов». М.: Машиностроение, 1979, с. 53), изготавливаемая из монолитных заготовок или деформированием листовых металлических заготовок на гибочном, прессовом оборудовании. Недостатком данной мастер-модели является различие коэффициентов линейного теплового расширения (КЛТР) металла, из которого выполнена мастер-модель, и неметаллической оснастки, выкладываемой на мастер-модели, что приводит к короблению оснастки при ее изготовлении.
Известно устройство - модель для композитных оснасток, изготовленная из панелей с алюминиевым сотовым заполнителем, с нанесенным на них слоем эпоксидной композиции и обработанных по заданному контуру (патент США №5773047, опубл. 30.06.1998). Недостатком данного устройства является сложность и трудоемкость его изготовления, так как необходимо изготавливать отдельные панели с сотовым заполнителем, склеивать их между собой, затем наносить дополнительный слой эпоксидной композиции перед механической обработкой.
Известна модель из склеенных между собой пластин из термопластичного полимерного материала (патент РФ №2090297, опубл. 20.09.1997). При изготовлении данной мастер-модели требуется создание дополнительной оснастки (пресс-формы) и прессование отдельных элементов, из которых впоследствии изготавливается мастер-модель, что увеличивает трудоемкость ее изготовления.
Известна мастер-модель, изготовленная из древесных элементов, соединенных с помощью гвоздей, шурупов, скоб, и механически обработанная (фрезерная или токарная обработка) до заданных размеров (В.В. Васильев, Б.П. Машков и др. «Прогрессивные способы производства моделей». Донецк: изд. Донбасс, 1973, с. 18-20). Недостатком данной мастер-модели является то, что механическое соединение элементов при помощи гвоздей, шурупов, скоб и использование в качестве материала мастер-модели древесины, обладающей анизотропными свойствами, приводит к ее значительному короблению в процессе хранения, что значительно снижает точность ее изготовления.
Наиболее близким аналогом заявляемой мастер-модели (прототипом) является мастер-модель из МДФ (MDF (Middle Density Fiberboard) - фиброкартон средней плотности) или ХДФ (HDF (High Density Fiberboard) - фиброкартон высокой плотности), формирующих основу мастер-модели. Мастер-модель обрабатывается до заданных размеров на фрезерных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) (С.Ф. Васюткин «Применение модельных материалов для изготовления мастер-моделей на фрезерных станках с ЧПУ», журнал «Композитный мир» №3 2006 (06)). МДФ и ХДФ представляют собой древесноволокнистый материал средней и высокой плотности, соответственно (дословный перевод с англ. «Fiberboard» - фиброкартон).
В мастер-модели по прототипу не указана толщина клеевого слоя при склеивании отдельных элементов, а также не предусмотрено использование лака определенной твердости для покрытия рабочей поверхности мастер-модели. Это в сочетании с избыточно широким диапазоном плотности материала для основы мастер-модели может привести к ее короблению и, соответственно, отсутствию возможности получения заданной точности формы мастер-модели для полимерной оснастки.
Технический результат, достижение которого обеспечивает настоящая полезная модель, заключается в снижении коробления получаемых мастер-моделей (получении необходимой точности их формы и, соответственно, формы изделий, изготовленных при помощи таких мастер-моделей).
Дополнительным преимуществом предлагаемого технического решения является увеличение термостойкости мастер-модели.
3
Для достижения указанного технического результата разработана мастер-модель, содержащая основу из древесноволокнистого материала, причем основа сформирована склеенными между собой элементами, при этом толщина клеевого слоя между ними не более 0,2 мм, плотность древесноволокнистого материала не менее 0,6 г/см, а рабочая поверхность элементов покрыта внешним слоем из лака с твердостью не менее 0,5 по «стеклянному числу». Мастер-модель может дополнительно включать слой полиэфирного грунта, покрывающий рабочую поверхность элементов и расположенный под внешним слоем из лака. Кроме того, мастер-модель может содержать клеевой слой, выполненный из термостойкого клея с рабочей температурой не менее 130°C.
3
Элементы мастер-модели (части основы мастер-модели) из древесноволокнистого материала плотностью не менее 0,6 г/см, равные по толщине, склеивают между собой термостойким клеем с рабочей температурой не менее 130°C под давлением не менее 0,3 МПа. Толщина клеевого слоя в склеиваемых элементах составляет не более 0,2 мм. Завершается изготовление мастер-модели тем, что рабочую поверхность, с которой необходимо в дальнейшем изготовить полимерную оснастку, пропитывают полиэфирным, например, винилэфирным грунтом, поверх которого наносят полиэфирный лак с твердостью по «стеклянному числу» не менее 0,5 (ГОСТ 5233).
3
Малая толщина клеевых слоев в мастер-модели позволяет получить практически одинаковую плотность по всей заготовке, что обеспечивает получение высокой точности размеров при механической обработке. Увеличение толщины клеевого шва выше 0,2 мм приводит к образованию анизотропии в зоне склейки, что может вести к непредсказуемому изменению характеристик формы мастер-модели при изготовлении. Использование лака твердостью менее 0,5 по «стеклянному числу», а также «мягкого» древесноволокнистого материала (т.е. плотностью менее 0,6 г/см) могут вызывать коробление заготовки мастер-модели.
Примеры осуществления полезной модели
Пример 1
3
2
Мастер-модель изготавливали из плиты МДФ (ТУ 5536-026-00273643-98) толщиной 16 мм и плотностью 0,75 г/см. Из этой плиты были вырезаны отдельные элементы с припуском по контуру 3-5 мм. Склеивание заготовок между собой проводили на однокомпонентном полиуретановом клее с расходом при нанесении 100-120 г/м. Отверждение клея проводили при давлении 0,3 МПа. Толщина клеевых швов в заготовке мастер-модели 0,1-0,15 мм.
Склеенную заготовку обрабатывали на станке с ЧПУ до заданных размеров и дважды пропитывали полиэфирным грунтом, а затем покрывали полиэфирным лаком с твердостью по «стеклянному числу» 0,5. Полученная мастер-модель имела гладкую поверхность и не требовала дополнительной обработки. С ее помощью была изготовлена полимерная оснастка при температуре формования 130°C.
Контроль точности формы полученной мастер-модели производили на контрольно-измерительной машине CimCORE Infinite 5018 по величине отклонения измеренных значений от заданного значения точности формы рабочей поверхности. Всего было произведено 68 измерений. Среднее отклонение измеренных значений от заданного составляло 0,1 мм при допустимой величине отклонения не более 0,3 мм.
Контроль точности формы полимерной оснастки, изготовленной с помощью мастер-модели, производили аналогичным образом. Среднее отклонение измеренных значений от заданного составляло 0,3 мм при допустимой величине отклонения не более 0,5 мм.
Таким образом, полученная полимерная оснастка, а также сама мастер-модель обладали высокой точностью формы, следов коробления на мастер-модели выявлено не было.
Пример 2
3
2
Мастер-модель изготавливали из плиты МДФ (ТУ 5536-026-00273643-98) толщиной 16 мм и плотностью 0,75 г/см. Из этой плиты были вырезаны отдельные элементы с припуском по контуру 3-5 мм. Склеивание заготовок между собой проводили на двухкомпонентном эпоксидном клее с расходом при нанесении 100-150 г/м. Отверждение клея проводили при давлении 0,3 МПа и выдержке в течение 24 часов при комнатной температуре. Толщина клеевых швов в заготовке мастер-модели 0,15-0,2 мм.
Склеенную заготовку обрабатывали на станке с ЧПУ до заданных размеров и дважды пропитывали полиэфирным грунтом, а затем покрывали полиэфирным лаком с твердостью по «стеклянному числу» 0,6. Полученная мастер-модель имела гладкую поверхность и не требовала дополнительной обработки. С ее помощью была изготовлена полимерная оснастка при температуре формования 100°C.
Контроль точности формы полученной мастер-модели производили на контрольно-измерительной машине CimCORE Infinite 5018 по величине отклонения измеренных значений от заданного значения точности формы рабочей поверхности. Всего было произведено 68 измерений. Среднее отклонение измеренных значений от заданного составляло 0,2 мм при допустимой величине отклонения не более 0,3 мм.
Контроль точности формы полимерной оснастки, изготовленной с помощью мастер-модели, производили аналогичным образом. Среднее отклонение измеренных значений от заданного составляло 0,4 мм при допустимой величине отклонения не более 0,5 мм.
Таким образом, полученная полимерная оснастка, а также сама мастер-модель обладали высокой точностью формы, следов коробления на мастер-модели выявлено не было.
Пример 3
3
2
Мастер-модель изготавливали из плиты ХДФ (ТУ 5536-003-50113531-2005) толщиной 4 мм и плотностью 0,9 г/см. Из этой плиты были вырезаны отдельные элементы с припуском по контуру 3-5 мм. Склеивание заготовок между собой проводили на однокомпонентном полиуретановом клее с расходом при нанесении 100-120 г/м. Отверждение клея проводили при давлении 0,3 МПа. Толщина клеевых швов в заготовке мастер-модели 0,1-0,15 мм.
Склеенную заготовку обрабатывали на станке с ЧПУ до заданных размеров и дважды пропитывали полиэфирным грунтом, а затем покрывали полиэфирным лаком с твердостью по «стеклянному числу» 0,5. Полученная мастер-модель имела гладкую поверхность и не требовала дополнительной обработки. С ее помощью была изготовлена полимерная оснастка при температуре формования 130°C.
Контроль точности формы полученной мастер-модели производили на контрольно-измерительной машине CimCORE Infinite 5018 по величине отклонения измеренных значений от заданного значения точности формы рабочей поверхности. Всего было произведено 68 измерений. Среднее отклонение измеренных значений от заданного составляло 0,1 мм при допустимой величине отклонения не более 0,3 мм.
Контроль точности формы полимерной оснастки, изготовленной с помощью мастер-модели, производили аналогичным образом. Среднее отклонение измеренных значений от заданного составляло 0,3 мм при допустимой величине отклонения не более 0,5 мм.
Таким образом, полученная полимерная оснастка, а также сама мастер-модель обладали высокой точностью формы, следов коробления на мастер-модели выявлено не было.
Пример 4
3
2
Мастер-модель изготавливали из плиты ХДФ (ТУ 5536-003-50113531-2005) толщиной 4 мм и плотностью 0,9 г/см. Из этой плиты были вырезаны отдельные элементы с припуском по контуру 3-5 мм. Склеивание заготовок между собой проводили на двухкомпонентном эпоксидном клее с расходом при нанесении 100-150 г/м. Отверждение клея проводили при давлении 0,3 МПа и выдержке в течение 24 часов при комнатной температуре. Толщина клеевых швов в заготовке мастер-модели 0,15-0,2 мм.
Склеенную заготовку обрабатывали на станке с ЧПУ до заданных размеров и дважды пропитывали полиэфирным грунтом, а затем покрывали полиэфирным лаком с твердостью по «стеклянному числу» 0,6. Полученная мастер-модель имела гладкую поверхность и не требовала дополнительной обработки. С ее помощью была изготовлена полимерная оснастка при температуре формования 100°C.
Контроль точности формы полученной мастер-модели производили на контрольно-измерительной машине CimCORE Infinite 5018 по величине отклонения измеренных значений от заданного значения точности формы рабочей поверхности. Всего было произведено 68 измерений. Среднее отклонение измеренных значений от заданного составляло 0,2 мм при допустимой величине отклонения не более 0,3 мм.
Контроль точности формы полимерной оснастки, изготовленной с помощью мастер-модели, производили аналогичным образом. Среднее отклонение измеренных значений от заданного составляло 0,4 мм при допустимой величине отклонения не более 0,5 мм.
Таким образом, полученная полимерная оснастка, а также сама мастер-модель обладали высокой точностью формы, следов коробления на мастер-модели выявлено не было.
Пример 5 (прототип)
3
Мастер-модель по примеру 5 изготавливали аналогично примеру 1, однако, толщина клеевого слоя между элементами заготовки мастер-модели составляла от 0,3 до 0,5 мм, твердость полиэфирного лака, которым покрывали рабочую поверхность мастер-модели, - 0,3 по «стеклянному числу», а плотность древесноволокнистого материала для изготовления мастер-модели - 0,5 г/см.
Контроль точности формы полученной мастер-модели проводили на контрольно-измерительной машине CimCORE Infinite 5018 по величине отклонения от заданного значения точности формы рабочей поверхности. Всего было произведено 68 измерений. Среднее отклонение полученных значений от заданного составляло 0,6 мм при допустимой величине отклонения не более 0,3 мм.
Контроль точности формы полимерной оснастки, изготовленной с помощью мастер-модели, производили аналогичным образом. Среднее отклонение измеренных значений от заданного составляло 0,8 мм при допустимой величине отклонения не более 0,5 мм.
Полученная с помощью мастер-модели, изготовленной по прототипу, полимерная оснастка, имела отклонение от заданной точности формы, кроме того, были выявлены признаки коробления самой мастер-модели.