CC BY
40
УДК 678.5
Синюков Д.О., Кулиев К.Д., Шерышев М.А., Николаева Н.Ю.
ФОРМООБРАЗУЮЩИЕ ДЕТАЛИ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
Синюков Денис Олегович, магистрант 1-го года обучения кафедры технологии переработки пластмасс, e-mail: den.sinyukcow@yandex.ru;
Кулиев Константин Дмитриевич, магистрант 1-го года обучения кафедры технологии переработки пластмасс; Шерышев Михаил Анатольевич, д.т.н., профессор кафедры технологии переработки пластмасс; Николаева Наталья Юрьевна, к.х.н., доцент кафедры экономической теории; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9.
Ключевые слова: формообразующие детали, литье под давлением пуансон, матрица, литьевая форма, сталь.
В настоящей работе рассмотрены основные способы изготовления формообразующих деталей пресс-форм для литья под давлением. Представлены возможные варианты их изготовления с учетом конструкции формуемого изделия.
FORMING DETAILS OF TOOL FOR MOLDING UNDER PRESSURE, THEIR MANUFACTURING METHODS AND CONSTRUCTIVE FEATURES
Sinyukov D.O., Kuliev K.D., Sheryshev M.A., Nikolayeva N.Yu. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this work consider the main methods of manufacturing forming parts of molds for injection molding. Possible variants of their production taking into account the design of the molded product are presented.
Keywords: forming parts, injection molding, punch, matrix, injection mold, steel.
В настоящее время изделия из пластмасс набирают большую популярность в различных сферах деятельности человека. Прежде всего, это связано с такими преимуществами как: прочность, лёгкость, удобство эксплуатации, невысокая стоимость конечной продукции. Одним из наиболее распространенных методов изготовления
полимерных изделий является метод литья под давлением. Данный способ используется как в условиях серийного, так и массового производства и предполагает проектирование формующего инструмента - литьевой формы различной сложности для изготовления конечного изделия.
Основным элементом любой литьевой формы являются формообразующие - это детали, которые при соединении создают полость, обеспечивающую формование изделий заданной конфигурации. К оформляющим деталям относятся: пуансоны, матрицы, знаки, вставки, плиты и т.д. Изготовление этих элементов может быть осуществлено различными методами: электроэрозионная обработка, точное литье, полугорячее выдавливание, порошковая металлургия, гальванопластика и т.д. Выбор того или иного способа изготовления формообразующих зависит от ряда условий: максимальный размер обрабатываемой детали, квалитет размеров рабочей полости, необходимое время на ее выполнение, шероховатость поверхности рабочей полости и т.д.
Некоторые способы изготовления
формообразующих деталей:
1. Электроэрозионная обработка. Суть данного метода состоит в том, что поверхность
обрабатываемого металла разрушается под действием электрических разрядов. В месте разряда металл локально оплавляется, образуя лунку при испарении. Существует несколько вариантов технологии электроэрозионной обработки: вырезание, прошивание, копирование. Прошивание и копирование выполняется с помощью электродов - инструментов, изготовленных из латуни, углеграфитовых масс, меди, которые по своей форме повторяют конфигурацию обрабатываемой полости. Вырезание осуществляется непрофильным электродом-проволокой диаметром 0,08-0,3 мм и производят по шаблонам, копирам, а на станках ЧПУ - по программам.
2. Метод порошковой металлургии используют для получения заготовок формообразующих деталей (ФОД). Металлический порошок прессуется в стальной пресс-форме, затем происходит спекание в печах при определенной температуре.
3. Гальванопластика - воспроизведение поверхности модели с помощью осаждения на нее сплава из электролита или металла.
4. Точное литье - заливка расплавленного металла в керамические формы.
5. Плазменное напыление. На предварительно изготовленную металлическую или керамическую модель напыляют порошковую композицию, при этом в качестве источника тепла используют низкотемпературную плазменную струю.
Несмотря на то, что ФОД могут быть изготовлены различными способами, качество обработки должно соответствовать следующим требованиям: на поверхности готовых деталей не
должно быть трещин, следов коррозии, механических повреждений, которые ухудшают прочность, эксплуатационные качества и внешний вид будущих изделий [1].
Немаловажным фактором изготовления ФОД является материал. Как правило, формообразующие детали могут быть изготовлены из стали либо цветных металлов. Срок службы пресс-форм главным образом зависит от стойкости ФОД, а она связана с правильным выбором марки стали, режимов ее термообработки или упрочнения [1].Решающими факторами, определяющими выбор той или иной марки сталей, является: конфигурация конструкции из ФОД, серийность выпуска, тип перерабатываемого материла, гнездность пресс-формы. Возможные марки сталей для изготовления ФОД регламентируются согласно ГОСТ 27358-87. Твёрдость рабочих частей ФОД 45-55 ЫЯС.
В условиях серийного производства ФОД можно изготавливать из сплавов цветных металлов: цинка, меди, алюминия и др. Например, бериллиевая бронза, обладающая высокой твердостью, покрытая хромовым покрытием, используют для матриц, формирующих небольшие тонкостенные изделия. Никель-кобальтовые материалы используются для получения ФОД методом гальванопластики. Формообразующие поверхности, полученные таким образом, имеет высокое качество поверхности и точность размеров; дополнительная механическая обработка, термообработка и хромирование не требуется.
Рассмотрим некоторые конструктивные особенности матриц и пуансонов. При проектировании пуансонов и матриц форм важным является определение оформляющей поверхности этих деталей. Для этого требуется определить, каким образом поверхность изделия распределяется между оформляющими деталями, то есть определить положение изделия в форме, плоскость ее размыкания, характер перемещения изделия и оформляющих деталей при удалении изделия из формующей полости. При этом совпадение пуансона и матрицы должно быть точным, недопустимо образование «острых кромок».
Пуансон и матрица литьевых форм могут быть как цельными, так и составными.
Формообразующие детали проектируют составными, когда необходимо изготавливать изделия с поднутрениями, большим количеством пазов, отверстий, которые могут располагаться как в направлении главного движения полуформ, так и перпендикулярно ему. На рисунке 1 показана модель изделия «Цветочный горшок», вариант выполнения составной матрицы показан на рисунке 2.
Рис. 2. Составная матрица для изделия «Цветочный горшок»
Разбиение матрицы на составляющие элементы позволяет упростить процесс обработки деталей и обеспечивает доступ к труднодоступным элементам формообразующих. В данном случае наружная поверхность оформляется матрицей, наружная поверхность донышка оформляется второй матрицей, в которой установлена вставка. На вставке имеются выступы, которые формируют отверстия, выполненные в донышке изделия, а также дополнительные знаки, формирующие внутреннюю часть изделия. Эти знаки установлены во вставке. Фиксация вставок и их ориентация в матрице осуществляется с помощью штифтов. Матрицы соединяются между собой с помощью болтов (на рисунке не показаны).
К преимуществам составной формы можно отнести возможную замену формообразующих деталей в случае их износа.
Рассмотрим особенности цельных
формообразующих деталей. Конструкции такого типа обладают меньшей надежностью (из-за их износа, возможно затекание расплава, облой), но имеют большую прочность, лучше противостоят внешним нагрузкам. Такие матрицы чаще всего используются в одногнёздных формах при изготовлении изделий больших размеров. С целью уменьшения размеров формы и возможного сближения гнёзд в многогнездных формах применяются цельные матрицы.
Стоит отметить, что конструкция ФОД также влияет на извлечение готового изделия из формы. С целью облегчения этого процесса поверхности
матрицы или пуансона придают небольшую конусность. Углы уклона принимают от долей до нескольких градусов. Их следует вводить с учётом усадки, глубины формующей полости, жесткости материала изделия, качества (шероховатости) поверхности формообразующих деталей литьевой формы [2]. Чем больше угол уклона (конусность) ФОД, тем меньше первоначальное усилие отрыва изделия. Конструкции таких форм имеют упрощенную систему выталкивания изделия. Придание конусности пуансону способствует обдуванию его поверхности воздухом, а это позволяет устранить вакуум в месте контакта, который не только затрудняет извлечение отливки, но и ведет к ее повреждению. На рисунке 3 показаны два варианта конструкции пуансона и матрицы. Слева матрица имеет небольшие углы наклоны, что облегчает выталкивание изделия из формующей полости после размыкания формы, а углы уклона пуансона способствуют облегчению «сталкивания» изделия с пуансона. Справа конусность пуансона и матрицы отсутствует, извлечение изделия из формы затруднено. Отливка извлекается из формы с большим усилием и может «зависнуть» на пуансоне.
В целом, изделия могут и не иметь углов уклона, тогда матрица изготавливается составной, например, с раздвижной полуматрицей, чтобы при ее размыкании можно было отделить изделие от двух полуформ. Конструкции таких форм позволяют изготавливать изделия сложной формы, с текстурированной поверхностью, поднутрениями. Недостатками таких форм является возможность образования большего количества облоя, который будет заметен на поверхности готового изделия. Дополнительные поверхности разъема ведут к усложнению конструкции и требуют введения дополнительных элементов для перемещения подвижных частей пресс-формы.
Рис. 3. Иллюстрация процесса извлечения изделия из формы в зависимости от конструкции ФОД
Таким образом, изготовление формообразующих деталей пресс-формы сопряжено с множеством факторов: конфигурацией формуемого изделия; типом перерабатываемого материала, количеством гнезд в форме и т.д. От этих параметров будет завесить конструкция ФОД. При верно
спроектированной и изготовленной формующей оснастки можно добиться получения изделия высокого качества, а также осуществить свободное удаление отливки из формы.
Авторы выражают благодарность
конструкторскому отделу предприятия ООО «ТЗК Техоснастка» за предоставленную информацию для написания данной статьи.
Список литературы
1. Басов Н.И., Брагинский В.А., Казанков Ю.В. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов: Учебник для вузов. - М.: Химия, 1991. - 352 с.
2. Мэллой Р.А. Конструирование пластмассовых изделий для литья под давлением / Пер. с англ. под ред. В.А. Брагинского, Е.С. Цобкалло, Г.В. Комарова. - СПб.: Профессия, 2006. - 512 с.
