МЕТАЛЛ-МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНАЯ ПРЕСС-ФОРМА

Полезная модель относится к формообразующей оснастке, а именно металл-металлополимерным пресс-формам для литья термопластичных полимеров, с целью изготовления пластиковых изделий.
Известно 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.
Наиболее близким к заявленному устройству по совокупности существующих признаков, выбранным в качестве прототипа, является устройство, описанное в полезной модели (Патент РФ на полезную модель №188720, МПК-2018 B29C 33/00, опубликован 2019.22.04). 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. Металлические плиты имеют 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.
Недостатком пресс-формы являются ограниченные технологические возможности. Это связано с тем, что конструкция прототипа не предназначена для изготовления изделий различных конструкций и габаритных размеров.
С конструктивными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: матрица с литниковой втулкой и пуансон, выполненные в виде металлических плит, имеющих профильные каналы охлаждения, связанные с системой охлаждения соединительными элементами и размещенные с возможностью перемещения по направляющим колонкам, имеющих полости, заполненные металлополимером с образованием формообразующих поверхностей, при этом пуансон жестко связан с плитой выталкивателя, установленного в ней с возможностью перемещения.
Задачей, на решение которой направлено устройство, является расширение технологических возможностей путём увеличения номенклатуры изготавливаемых изделий за счёт снабжения пресс-формы сменным пакетом базовой и центрирующей плит, а также выполнения выталкивателя телескопическим.
Поставленная задача решается за счет того, что металл-металлополимерная пресс-форма содержит матрицу с литниковой втулкой и пуансон, выполненные в виде подвижных, по направляющим колонкам, плит с каналами охлаждения и имеющие полости, заполненные металлополимером с созданием формообразующих поверхностей, причём пуансон жестко связан с базовой плитой, несущей выталкиватели. В предложенном решении пресс-форма снабжена сменным пакетом базовой и центрирующей плит, имеющих комплект соосных, диаметрально и позиционно соответствующих, технологических отверстий, при этом каждый из выталкивателей имеет хвостовик, установленный с возможностью осевого перемещения в технологическом отверстии базовой плиты, и подвижную телескопическую рабочую часть, размещённую в соответствующем технологическом отверстии центрирующей плиты.
Сменный пакет базовой и центрирующих плит позволяет вне зависимости от геометрических параметров изготавливаемых в пресс-форме изделий за счёт их варьирования покрыть всю площадь изделия для установки выталкивателей, при этом выталкиватели могут быть установлены в ту позицию, где будет необходимо приложение усилия выталкивания.
Наличие у сменных пакетов базовой и центрирующей плит комплекта соосных, диаметрально и позиционно соответствующих, технологических отверстий позволяет обеспечить перпендикулярность осей установленных в них выталкивателей к плоскости разъёма пресс-формы.
Исполнение выталкивателей в виде хвостовика с подвижной телескопической рабочей частью позволяет регулировать их длину в зависимости от конструкции изготавливаемого в металл-металлополимерной пресс-форме пластикового изделия, чем обеспечивается касание торца рабочей части телескопического выталкивателя и пластикового изделия, а также одинаковый рабочий ход всех выталкивателей.
Размещение хвостовика выталкивателя, установленного с возможностью осевого перемещения в технологическом отверстии базовой плиты, а подвижной телескопической рабочей части в соответствующем технологическом отверстии центрирующей плиты позволяет обеспечить рабочий ход телескопических выталкивателей перпендикулярно проекции изделия на плоскость разъёма.
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; на фиг. 3 показана схема регулировки длины выталкивателя при изготовлении пуансона; на фиг. 4 показана конструкция выталкивателя.
Заявленная металл-металлополимерная пресс-форма реализуются на примере металл-металлополимерной пресс-формы для литья термопластичных полимеров с одной плоскостью разъёма.
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 12 изделия в жидком металлополимере. При этом в металлополимере матрицы 1 и пуансона 2 выполнены каналы охлаждения 13, которые расположены эквидистантно формообразующим поверхностям 11. Форма поперечного сечения каналов охлаждения 13 может иметь любой профиль, например окружность. Форма сечения канала охлаждения 13 и его профиль обеспечиваются путем размещения в металлополимере закладных деталей 14, имеющих необходимую форму сечения и профиль, а затем их выплавления. Закладная деталь 14 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 15 под направляющие колонки 16.
В металлополимерной части матрицы 1 выполнен литьевой канал 17.
В металлополимерной части пуансона 2 выполнены отверстия 18, образованные путём отпечатка подвижных телескопических рабочих частей 19 выталкивателей 20 в металлополимерной части пуансона 2. Хвостовики 21 выталкивателей 20 устанавливаются с возможностью осевого перемещения в технологические отверстия 22 сменной базовой плиты 23, при этом подвижные телескопические рабочие части 19 выталкивателей 20 устанавливаются с возможностью осевого перемещения в диаметрально и позиционно соответствующие технологические отверстия 24 сменной центрирующей плиты 25. Сменная базовая плита 23 и сменная центрирующая плита 25 жестко соединены при помощи крепежных элементов 26 с пуансоном 2.
Устройство монтируется и работает следующим образом.
Предварительно на 3D-принтере производится изготовление частей моделей 12 изделия (фиг. 3), ограниченных плоскостью разъёма пресс-формы, по которым в последующем получаются отпечатки в жидком металлополимере. Затем изготавливается металлическая плита 3 с отверстием под литниковую втулку 9, выпорами 6, резьбовыми отверстиями 7, отверстиями 15 под направляющие колонки 16, а также металлическая плита 4 с резьбовыми отверстиями 7 и отверстиями 15 под направляющие колонки. Металлические плиты 3 и 4 имеют полости 5 для заливки жидкого металлополимера. В полостях 5 металлических плит 3 и 4 при помощи соединительных элементов 8 закрепляются закладные детали 14 эквидистантно формообразующей поверхности. Закладные детали 14 изготавливаются на 3D-принтере, причем сечение закладной детали 14 может иметь любую форму, например круглую или эллиптическую, а профиль выполнен эквидистантно формообразующей поверхности. Закрепление закладных деталей 14 в полостях металлических плит 3 и 4 происходит путем поджатия с двух сторон соединительными элементами 8. При этом концы закладных деталей 14 установлены в отверстия соединительных элементов 8. Металлические плиты 3 и 4 с закрепленными в их полостях 5 закладными деталями 14 устанавливаются поверх предварительно изготовленных частей моделей 12 изделий.
Для пуансона 2 со стороны формообразующей поверхности 11 модели 12 изделия на металлическую плиту 4 устанавливается центрирующая плита 25 из сменного пакета плит.
Сменные пакеты базовых плит 23 и центрирующих плит 25 выполнены таким образом, чтобы комплект выполненных в них соосных, диаметрально и позиционно соответствующих, технологических отверстий 22 и 24 соответственно перекрывал всю площадь проекции полости 5 плиты 4 на сменную центрирующую плиту 25.
Затем, в технологические отверстия 24 сменной центрирующей плиты 25 устанавливаются выталкиватели 20, таким образом, чтобы своими торцевыми поверхностями телескопических рабочих частей 26 упереться в модель 12 изделия. Регулировка длины выталкивателей 20 осуществляется за счёт осевого смещения их подвижной телескопической рабочей части 26 относительно хвостовика 21, например при помощи резьбового соединения. Длины выталкивателей устанавливаются таким образом, чтобы обеспечивался их одинаковый свободный ход a. Одинаковый свободный ход a выталкивателей 20 обеспечивается за счёт компенсации перепада высоты h неровностей модели 12 изделия, осевым смещением подвижной телескопической рабочей части 26 выталкивателя 20 относительно хвостовика 21. Место касания выталкивателей 20 и модели 12 изделия выбирается в зависимости от геометрических и габаритных параметров модели 12 изделия, из условия приложения выталкивающей нагрузки к изделию перпендикулярно плоскости разъёма пресс-формы, в тех местах, которые позволят обеспечить извлечение изделия из полости пуансона 2 без её перекоса. Требуемое позиционирование выталкивателей 20 обеспечивается за счёт установки их подвижных телескопических рабочих частей 26 в технологические отверстия 24 центрирующей плиты 25. При этом на хвостовики 21 выталкивателей 20 устанавливается базовая плита 23 своими соосными, диаметрально и позиционно соответствующими центрирующей плите 25 технологическими отверстиями 22. Сменная центрирующая плита 25 и сменная базовая плита 23 при помощи крепежных элементов 26 соединяются с пуансоном 2, образуя между собой зазор, обеспечивающий свободный ход выталкивателей 20.
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, а через свободные технологические отверстия 22 и 24 в полость 5 металлической плиты 4. Отверстие под литниковую втулку 9 предварительно заглушается от попадания в него жидкого металлополимера, например, пластилином. Металлические плиты 3 и 4 в сборе с закладными деталями 13, частями моделей 12, телескопическими выталкивателями 20, сменным пакетом базовой и центрирующей плит и залитым жидким металлополимером, помещается в вакуумную среду для удаления газообразных включений из жидкого металлополимера, влияющих на пористость и однородность отверждённого металлополимера и, как следствие, на теплопроводность. После отверждения металлополимера в течение 3 часов части моделей извлекаются одним из известных способов. Образовавшиеся отпечатки частей моделей в отвержденном металлополимере являются металлополимерными формообразующими поверхностями 11 матрицы 1 и пуансона 2 пресс-формы. Подвижные телескопические рабочие части 19 поверхности выталкивателей 20 после отверждения металлополимера образуют в нём отверстия 18. Далее металл-металлополимерные матрица 1 и пуансон 2 пресс-формы подвергаются термообработке в течение 12 ч при температуре 120°С, вследствие чего закладные детали 14 выплавляются и в металлополимерных частях матрицы 1 и пуансона 2 образуются профильные каналы охлаждения 13.
Получившиеся в металлополимерных частях матрицы 1 и пуансона 2 каналы охлаждения 13 могут иметь любую форму, размер сечения и располагаются эквидистантно формообразующей поверхности, тем самым обеспечивая заданное расстояние от стенок канала охлаждения 13 до формообразующей поверхности 1, 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 шлифование плоскостей разъёма на металл-металлополимерных матрице 1 и пуансоне 2 пресс-формы, выполнение литьевого канала 17. Производится сборка пакета пресс-формы из матрицы 1 и пуансона 2 посредством центрирования друг относительно друга направляющими колонками 16. Затем в матрицу 1 устанавливается литниковая втулка 10.
После сборки пресс-форма устанавливается на стол литьевой машины таким образом, чтобы телескопические выталкиватели 20 находились в крайнем нижнем положении. Сопло литьевой машины подводится к литниковой втулке 10. Производится нагнетание горячей термопластичной массы через литниковый канал 17 в полость, образованную формообразующими поверхностями 11 в пуансоне 2 и матрице 1.
Через соединительные элементы 8, каналы охлаждения 13 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 хвостовики 21 выталкивателей 20 подается усилие выталкивания. Выталкиватели 20, перемещаясь по технологическим отверстиям 22 и 24, передают усилие выталкивания на пластиковое изделие, что приводит к извлечению изделия из пуансона 2.
После матрица 1 пресс-формы снова устанавливается на направляющие колонки 16 и производится повторный цикл отливки изделия.
При смене номенклатуры изделия металлополимерная часть пресс-формы удаляется механическим путём, а весь комплект металлических деталей пресс-формы может быть использован для изготовления металл-металлополимерной пресс-формы, предназначенной для отливки пластиковых изделий другой геометрической формы и габаритов (номенклатуры). При этом регулируемая система выталкивания, состоящая из выталкивателей 20, имеющих хвостовик 21 и подвижную телескопическую рабочую часть 19, а также сменного пакета базовой и центрирующей плит, имеющих комплект соосных, диаметрально и позиционно соответствующих, технологических отверстий, обеспечивает надёжное извлечение пластикового изделия любой формы из пуансона 2 в случае её переналадки.
Таким образом обеспечивается расширение технологических возможностей металл-металлополимерной пресс-формы за счёт возможности изготовления пластиковых изделий различной номенклатуры в одном комплекте формообразующей оснастки - металл-металлополимерной пресс-форме.