Изготовление пресс-форм с помощью Rp - технологий

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРЕСС-ФОРМ С ПОМОЩЬЮ RP-ТЕХНОЛОГИЙ В.А. Валетов, С.В. Бобцова

Технологии быстрого прототипирования предоставили новые возможности развития производства. За последние несколько лет произошли существенные изменения в новых технологиях, которые повлияли на то, как промышленность может использовать эти технологии в точном литье по выжигаемым моделям для быстрого изготовления функциональных металлических образцов и как ключевой шаг в быстром изготовлении оснастки.

Всем хорошо известны традиционные способы изготовления оснастки - механическая обработка, литье, а также метод гальванопластики. Но существует также ряд других способов изготовления форм, сокращающих время, а также стоимость изготовления пресс-форм. Речь идет о таких технологиях, как изготовление силиконовых форм, и об использовании RP-технологий для изготовления изделий из листового материала.

Эластичные силиконовые формы

Эластичные силиконовые формы незаменимы в том случае, когда необходимо получить опытные образцы и небольшие партии пластмассовых деталей любой сложности и габаритов без изготовления стандартной оснастки. Для создания формы необходимо получить модель, которая изготавливается методами быстрого прототипирования (частный случай), например, стереолитографией. Форма изготавливается заливкой полимери-зующегося силикона вокруг модели. Модель удаляется из силиконовой формы после надреза формы по разделительной плоскости. Форма готова. Далее в нее можно залить любую двухкомпонентную полиуритановую смолу. Литьевые смолы смешиваются в вакуумной камере установки и автоматически заливаются в силиконовую форму.

Недостаток заключается в том, что сама силиконовая форма изготавливается за очень короткое время - приблизительно за шесть часов после получения модели. Однако для получения полиуретановой копии требуется гораздо больше времени. Как правило, в день можно изготовить 4-8 деталей.

Промежуточная оснастка

В том случае, когда требуются 20-100 прототипов и необходимо, чтобы они были отлиты под давлением из промышленной пластмассы, эластичная оснастка не подходит. В то же время, при изготовлении нескольких сотен деталей, невозможно окупить затраты на серийную стальную оснастку. Эту задачу можно решить с помощью так называемой «промежуточной оснастки». Основное преимущество данного способа состоит в том, что формообразующие пуансона и матрицы изготавливаются непосредственно на установке стереолитографии из полимера. Следовательно, никакие вспомогательные процессы, за исключением очистки стереолитографической детали, удаления элементов поддержки, пескоструйной обработки и полировки, не требуются.

Для повышения стойкости формы, что необходимо при больших сериях изготавливаемых изделий, вместо построения монолитной формообразующий на стереолитогра-фической установке строится относительная тонкая оболочка. После построения оболочек, их очистки, удаления элементов поддержки и доотверждения ультрафиолетовым облучением их заливают с обратной стороны вспомогательным материалом - двухкомпо-нентной эпоксидной смолой с наполнителем из алюминиевого порошка. Это позволяет:

сократить время построения на стереолитографической установке;

увеличить удельную теплопроводность;

снизить затраты, так как стоимость эпоксидной смолы с алюминиевым наполнителем ниже, чем стоимость полимера [1].

КР - технологии с использованием листовых материалов

В крупносерийном и массовом производстве пластмассовых изделий стойкость пресс-форм должна обеспечивать изготовление тысяч изделий, что предопределяет необходимость использования металлических пресс-форм из качественных сталей. Проблема осложняется тем, что для получения высококачественных изделий необходимо обеспечить строгий и равномерный режим охлаждения пластмассы в пресс-форме. Практически это означает, что охлаждающие каналы должны максимально повторять формы изготавливаемых изделий, что невозможно сделать с помощью традиционных технологий.

Как известно, ЯР-технологии за счет послойного наращивания изделий позволяют получать любою формы и размеры поверхностей, включая закрытые полости. Для вышеуказанной цели больше всего подходит идея ЯР-технологии с использованием листовых материалов. Несмотря на то, что промышленные установки не предусматривают использование металлических листов или полос, сама идея реализована в промышленности в виде отдельных, непосредственно не связанных между собой блоков. Суть этой технологии заключается в следующем: изделие, в данном случае пресс-форма, проектируется на компьютере. При этом формы и размеры охлаждающих каналов соответствуют строгим теоретическим расчетам, гарантирующим высокое качество изготавливаемого изделия.

Рис. 1. Схема процесса создания пресс-форм

По результатам компьютерного проектирования каждый слой изготавливается с помощью лазерной установки из листового материала требуемой марки. В частном случае эта операция может выполняться с помощью традиционных технологий, например, фрезерование. Изготовленные из листового материала слои пресс-формы собира-

ются вместе и сжимаются с помощью специальных устройств, например, скоб. Сжатый пакет листовых слоев сваривается с помощью диффузионной сварки, приобретая монолитный характер, т.е. соответствующий по прочности изделию из цельного металла.

При использовании технологий, не требующих разогрева пластмасс до высоких температур, вместо сварки можно использовать склеивание. В отдельных случаях вполне допустимым может оказаться простое механическое скрепление листов в единое целое с помощью, например, болтовых соединений. В случае необходимости отдельные поверхности изделия можно подвергать традиционной механической обработке дополнительно.

Этот процесс создания изделий от возникновения идеи до запуска в производство схематически изображен на рис. 1.

Как известно, традиционные методы создания металлических пресс-форм, в зависимости от сложности конструкции, требуют больших и временных, и финансовых затрат, что отодвигает сроки выхода изделия на рынок от момента возникновения идеи в среднем на один год и более. Использование RP-технологий не только существенно сокращает сроки проектирования изделий, но и обеспечивает их более высокое качество. Благодаря возможности изготовления охлаждающих каналов любой формы, процесс изготовления изделий в таких пресс-формах можно полностью автоматизировать, но главное, это обеспечивает надежность получения высококачественных изделий [2].

В заключение следует отметить, что возможности RP-технологий используются пока явно недостаточно, а возможности эти поистине безграничны. При этом положительный эффект достигается на всех стадиях создания изделия - от возникновения идеи до выхода изделия на рынок и даже в процессе его эксплуатации.

Литература

1. Gebhardt A. «Rapid Prototyping. Werzeuge fuer die schnelle Produktentstehung», Hanser, Hamburg, 2002, 550 s.

2. Wiesner P. Umformwerzeuge aus Blechlamellen schnell und massgenau hergestellt, // Produktion. 2002. S. 26-28