СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МАТРИЦ И ПУАНСОНОВ ПРЕСС-ФОРМ
METHOD FOR MANUFACTURING METAL-POLYMER FORM-FORMING SURFACES OF MATRIX AND PUNCHES PRESS-FORMS

Изобретение относится к технологии изготовления пресс-форм, а именно способу получения металлополимерных формообразующих поверхностей матриц и пуансонов пресс-форм, предназначенных для литья термопластичных полимеров, с целью изготовления пластиковых изделий.
Известен способ изготовления литейных моделей (Патент РФ на изобретение №2393046, МКИ В22С 7/00, опубл. 2010.06.27), включающий изготовление промодели, формы, заливку ее компаундом, выдержку в форме до затвердевания последнего, извлечение готовой модели. Модель изготавливают из полиуретанового компаунда, а форму - из кремнийорганического каучука, при этом готовую модель извлекают из формы через 10-90 мин после ее заливки.
Однако из-за низкой стойкости пресс-формы, которая имеет малую прочность, наблюдаются нарушения точности производимых в ней изделий.
Наиболее близким к заявленному способу по совокупности существующих признаков является способ изготовления металлополимерных пресс-форм (Патент РФ на изобретение №2534169, МПК В22С 9/00, опубл. 2014.27.11). Способ предполагает изготовление литейной модели с помощью послойного выращивания одной половины пресс-формы и модели на 3D-принтере. Затем модель выкладывается в выращенную на 3D 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.
Недостатком этого способа является низкая стойкость пресс-формы, так как она полностью изготовлена из металлополимера, предел прочности металлополимера значительно ниже усилий, оказываемых на пресс-форму термопластавтоматом. Усилие смыкания матрицы и пуансона термопластавтоматом достигает минимум 20 т, а усилие прижатия сопла от 2 т (например, у термопластавтомата JS 550 усилие смыкания 55 т, усилие прижатия сопла 2,6 т), из-за наличия полости в сомкнутой пресс-форме, при прижатии сопла к пресс-форме из металлополимера гарантировано разрушение последней. 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, что отражается на себестоимости технологической оснастки. Также в процессе приготовления металлополимерного состава происходит насыщение его газообразными включениями, из-за которых состав при затвердевании приобретает пористую структуру, а на формообразующей поверхности возникают воздушные раковины, что негативно влияет на точность пресс-формы и соответственно качество полученных изделий.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение стойкости технологической оснастки для изготовления изделий из термопластичных полимеров за счет увеличения предела прочности полуформы и повышение качества изготовленных изделий за счет уменьшения пористости металлополимерных формообразующих.
Это достигается тем, что способ изготовления пресс-формы для литья термопластичных полимеров включает изготовление матрицы и пуансона с металлополимерной формообразующей поверхностью. Полуформы матрицы и пуансона изготавливают в виде металлических плит с полостью для заливки жидкого металлополимера и выпорами. Затем размещают в полуформах модели, устанавливают металлические плиты на базовую плоскость, затем в полость металлических плит заливают жидкий металлополимер, после отверждения которого в вакуумной среде в течение трех часов модель удаляют.
Сущность способа иллюстрируется графическим материалом.
На фиг. 1 показана матрица пресс-формы с половиной модели, и фиг. 2 - матрица и пуансон пресс-формы в сборе с моделью внутри.
Заявленный способ реализуется на примере изготовления пресс-формы с металлополимерной формообразующей поверхностью и одной плоскостью разъема.
На фиг. 1 показана матрица пресс-формы, состоящая из металлической плиты 1 с отверстием под литниковую втулку 2, выпорами 3, каналами охлаждения 4 и металлополимерной формообразующей 5. Металлическая плита 1 установлена поверх половины модели 6 плоскостью разъема 7 к базовой плоскости 8. При помощи центрирующих отверстий 9 металлическая плита 1 центрируется на базовой плоскости 8.
На фиг. 2 представлены матрица и пуансон пресс-формы в сборе, отцентрированные между собой при помощи центрирующих штифтов 10. В полости пресс-формы помещена модель 11. Пуансон пресс-формы состоит из металлической плиты 12, имеющей выпоры 13, каналы охлаждения 14, металлополимерную формообразующую 15 и центрирующие отверстия 16.
На 3D принтере производится изготовление модели 6, ограниченной плоскостью разъема 7. Затем изготавливается металлическая плита 1 с отверстием под литниковую втулку 2, выпорами 3, каналами охлаждения 4 и центрирующими отверстиями 9. Металлическая плита 1 имеет полость для заливки жидкого металлополимера 5. Половина модели 6 устанавливается плоскостью разъема 7 на базовую плоскость 8 с установочными пальцами. Затем сверху на половину модели 6 плоскостью разъема 7 к базовой плоскости 8 устанавливается металлическая плита 1. Металлическая плита 1 центрируется относительно базовой плоскости 8 при помощи центрирующих отверстий 9 и установочных пальцев базовой плоскости 8. Далее готовится жидкий металлополимерный состав с металлическим наполнителем, имеющим высокую теплопроводность, например алюминий. Приготовленный жидкий металлополимерный состав через отверстия выпоров 3 заливается в полость металлической плиты 1. Отверстие под литниковую втулку 2 предварительно заглушается от попадания в него жидкого металлополимера (например, пластилином). Металлическая плита 1 с половиной модели 6, установленныые на базовую плоскость 8 и залитые жидким металлополимером, помещаются 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 течение 3 часов половина модели 6 извлекается. Образовавшийся отпечаток половины модели 6 в отвержденном металлополимере является металлополимерной формообразующей поверхностью 5 матрицы пресс-формы.
Далее металлическая плита 1 переворачивается и в получившуюся металлополимерную формообразующую поверхность 5 устанавливается модель 11, поверх плоскостью разъема 7 к матрице устанавливается заранее изготовленная металлическая плита 12, имеющая полость для заливки жидкого металлополимера, выпоры 13, каналы охлаждения 14 и центрирующие отверстия 16. Металлическая плита 12 центрируется относительно матрицы пресс-формы при помощи центрирующих пальцев 10. Затем через отверстия выпоров 13 в полость металлической плиты 12 заливается жидкий металлополимер. Две металлические плиты 1 и 12 в сборе с моделью 11 внутри и залитым в полость металлической плиты 12 жидким металлополимером помещаются в вакуумную среду, где происходит отверждение металлополимера в течение 3 часов. После отверждения металлополимера две металлические плиты 1 и 12 разъединяются, а модель 11 удаляется. Образовавшийся отпечаток модели 11 в отвержденном металлополимере металлической плиты 12 является металлополимерной формообразующей поверхностью 15, а сама металлическая плита 12 с отвержденным металлополимером является пуансоном пресс-формы.
Увеличение предела прочности полуформ достигается тем, что в качестве полуформ используются металлические плиты 1 и 12, выполняющие роль металлического каркаса матрицы и пуансона пресс-формы, которая принимает на себя усилия, оказываемые термопластавтоматом, а отверждение в вакуумной среде в течение 3 часов позволяет избежать пористости отвержденного металлополимера и улучшить его макроструктуру и, как следствие, стойкость пресс-формы.
Упрощение процесса переналадки пресс-формы для других изделий достигается путем того, что металлические плиты 1 и 12 с выполненными в них конструкционными отверстиями могут быть использованы повторно для других изделий после удаления из них металлополимерных формообразующих поверхностей 5 и 15, а использование в процессе отверждения вакуумной среды упрощает процесс заполнения полостей и поднутрений металлических плит 1 и 12 жидким металлополимером.
Уменьшение пористости металлополимерной формообразующей происходит за счет удаления газообразных включений из жидкого металлополимера под действием вакуумной среды в течение всего времени перехода металлополимера из жидкого в твердое агрегатное состояние, которое составляет 3 часа. Выполненные в металлических плитах выпоры 3 и 13 способствуют беспрепятственному удалению газообразных включений из металлополимерного состава.
Получившиеся металлополимерные формообразующие поверхности 5 и 15 благодаря отверждению в вакуумной среде в течение 3 часов полностью воспроизводят сложные поверхности, мельчайшие детали и текстуры модели 11, а также решается вопрос образования воздушных раковин на формообразующих поверхностях пресс-формы, которые приводят к неисправимому браку. Далее производят шлифовку плоскости разъема 7 на матрице и пуансоне пресс-формы, выполнение литьевых каналов и отверстий под толкатели. Производится сборка пакета пресс-формы.
При изготовлении матриц и пуансонов пресс-форм с металлополимерными формообразующими поверхностями значительно снижается себестоимость технологической оснастки за счет упрощения процесса переналадки пресс-формы для других изделий из термопластичных полимеров.