Пресс-формы, изготовленные гальваническим и металлизационным способами

Эти способы применяют для ускоренного изготовления пресс-форм, особенно для получения нескольких одинаковых пресс- форм. Схема этих способов приводится на рис 2.3.3.7.

Рис. 2.3.3.7. Пресс-формы, изготовленные гальваническим и металлизационным способами.

Сначала изготовляют модель-эталон из алюминиевого сплава (рис. 2.3.3.7а). Ее делают с учетом усадки модельного состава и расширения металла литейной формы, а также припусков на механическую обработку. Обычно она состоит из двух частей, разделяемых плоскостью разъема изготовляемой пресс-формы.

Эталон тщательно очищают, поверхность его (рис. 2.3.3.7а) протирают бензином, а затем обезжиривают оксидом магния. После промывки холодной водой его декапируют в 18-процентном растворе хлористого никеля или в растворе соляной и фтористо-водородной кислоты в течение 15—20 с и вновь промывают холодной водой. Подготовленный эталон никелируют в ванне обычного состава для подготовки к покрытию медью. Предварительно плоскость разъема (внутреннюю часть) обрабатывают с целью изоляции составом воска и канифоли (1 : 1) во избежание осаждения на ней никеля. Первые 5—8 мин никелирования плотность тока должна составлять 1—1,2 А/дм², а затем снижаться до 0,5—0,8 А/дм². Никелирование в течение 20—25 мин обеспечивает слой никеля 8—10 мкм.

Эталон меднят в гальванической ванне в 20-процентном растворе медного купороса (на 1 л раствора добавляют 70 г серной кислоты и 8 г спирта). Первые 10—15 мин меднение ведут при плотности тока 1,3—2,5 А/дм², после чего переходят на режим быстрого наращивания меди при плотности тока 10— 75 А/дм² и температуре электролита 38— 40 °С. Наращивание ведут до получения слои меди 0,8—1,2 мм, после чего промывают, просушивают и поверх слоя меди металлизируют расплавленной медью, расплавляемой с помощью газового или электрического металлизатора; при этом получается слой металла толщиной 2—2,5 мм (рис. 2.3.3.7б).

После металлизации с поверхности разъема снимают изолирующий слой и эталон удаляют вытравливанием в кипящей щелочи а если он был изготовлен из цинкового сплава, его выплавляют при температуре более 450 °С, после чего остается так называемая коронка (рис. 2.3.3.7, п. 8).

С этой коронки в гальванической ванне электролитическим путем снимают слой никеля. Затем коронку устанавливают на плиту в специальной форме или заливают алюминиевым или цинковым сплавом либо гипсом (п. 11), получая при этом половину пресс-формы (рис. 2.3.3.7в).

Изготовленные части пресс-формы подвергают механической обработке по плоскости разъема и собирают. Затем рабочая полость пресс-формы никелируется; пресс-форма собирается и поступает в эксплуатацию.

Пресс-форму, состоящую из верхней (п. 4) и нижней матриц, собирают по направляющим штырям (п. 7). Модельный состав через литниковое отверстие (п. 1) заливают или запрессовывают в рабочую полость.

После его затвердевания вынимают стержни (п. 2, 3), снимают верхнюю матрицу (п. 4) и с помощью толкателей (п. 6) извлекают готовую модель.

Пресс-формы, а точнее коронки для них, можно получать только методом электрометаллизации на аппаратах ЭМ-3 или ЭМ-За¹ либо на аппаратах, изготовленных самостоятельно. Для металлизации используется алюминиевый эталон. Оксидная пленка алюминия препятствует сцеплению металлизационного слоя с эталоном. Толщина наносимого слоя зависит от размера эталона и колеблется от 1,5 до 5 мм. При непрерывной металлизации эталон сильно нагревается, что снижает качество поверхности изготовляемой коронки, поэтому ее следует проводить с перерывами для охлаждения.

Металлизационный слой довольно хрупок, и при механическом извлечении эталона могут выкрашиваться кромки коронки. В этом случае дефекты исправляют пайкой или производят растворение эталона в кипящем растворе щелочи.

Такой способ может обеспечивать чистоту поверхности пресс-формы до параметров шероховатости R_z0,32—R_z0,08 и размеры ее в строгом соответствии с размерами эталона. Чистота поверхности и точность размеров при этом изготовлении пресс-форм такие же, как и у металлических пресс-форм, изготовленных механическим путем.

Изготовление формопластовых пресс-форм

Эти пресс-формы применяют преимущественно для изготовления художественных отливок индивидуального производства.

Эталоны могут быть изготовлены из металла с температурой плавления не ниже 120 °С, дерева, гипса, цемента. Перед заливкой формопластом такие эталоны покрывают тальком, Гипсовый эталон и кожух покрывают горячей олифой или еще лучше — бакелитовым лаком, так как необработанный гипс при заливке выделяет в жидкий термопласт газы, отчего форма оказывается пористой. Нитролаками и спиртовыми лаками, а также искусственными олифами, поскольку они реагируют с формопластом, покрывать эталоны запрещается.

Формопластовые пресс-формы используются только при изготовлении модели свободной заливкой.

Схема технологического процесса изготовления формопластовых пресс-форм следующая.

Сначала следует подготовить поверхность эталона. Перед заливкой эталона его подогревают до 60—70 °С для получения поверхности хорошего качества. (Формопласт выпускается двух марок — С и СМ. Формапласт СМ более термостойкий и механически прочнее, чем формопласт С. При отсутствии готового термопласта его готовят сами.) Затем формопласт растворяют в масляной бане. При варке температура не должна превышать 150 °С. При более высокой температуре формопласт разлагается с образованием пены и теряет свои свойства. Перед заливкой нагрев формопласта прекращают на 10—15 мин для удаления пузырьков воздуха. (За один прием эталон следует залить со всех сторон.)

После затвердевания пресс-форму разрезают бритвой на такое количество частей, чтобы было удобно извлекать модель.

Работа при температуре ниже -5 °С затруднительна, так как формопласт становится твердым и хрупким, однако при отогревании он приобретает первоначальные свойства, Формопластовые пресс-формы устойчивы во влажной среде и не изменяют размеров при длительном хранении.

Формопластовые пресс-формы благодаря эластичности и отсутствию выкрашивания являются более долговечными, чем другие неметаллические пресс-формы, и уступают только резиновым. По этим пресс-формам можно изготовить несколько сотен моделей.

Как правило, пресс-форма состоит из двух частей: из наружного кожуха, внутри которого находится формопластовая часть.

При применении металлического эталона его перед заливкой подогревают, так как при заливке на холодный эталон жидкий формопласт быстро затвердевает и может не заполнить форму.

Заливку формопласта лучше производить сифоном по массивному стояку, обеспечивающему в нем медленное охлаждение. Стояк должен быть выше формы для обеспечения необходимого давления в последний момент ее заполнения. Формопласт может быть использован несколько раз. Если после нескольких переплавок наблюдается повышение твердости и снижение эластичности, то в расплавленный формопласт добавляют от 2 до 5 % свежего дибутиладапината или дибутилфталата¹.

¹ Оба вещества — пластификаторы, использующиеся при производстве пластмасс, повышающие их гибкость и теплоустойчивость.

Изготовление форм из виксинта

Виксинт — смола холодного отверждения. К этим смолам относят силиконовые герметики У-1-18, У-4-21, У-2-28 и др. Существуют и герметики специального назначения.

Например, У-30М; УТ-32; УТ-34 и пр., но из них наиболее распространены виксинты. Виксинтовые формы в металлическом и гипсовом кожухах могут широко использоваться как для запрессовки воска в пастообразном состоянии, так и для заливки жидкого модельного состава. Для получения эластичных форм применяют различные резиновые герметики. Лучшие показатели достигнуты при использовании силоксановых герметиков типа «Виксинт У-1-18», основные свойства которого приведены ниже:

• жизнеспособность — 0,5—6 ч;

• условная прочность при разрыве — не менее 2,1 Мпа;

• относительное удлинение при разры¬ве — не менее 160 %;

• твердость по Шору — 50—60.

При изготовлении виксинтовых форм пользуются пастой белого цвета У-1 и катализатором № 18. Пасту перемешивают с катализатором и кистью наносят на металлическую мастер-модель. На 100 частей (по массе) пасты У-1 добавляют 0,4 части катализатора № 18. Вулканизация проходит в течение 72 ч при температуре 25 °С. После вулканизации первого слоя на него накладывают марлевые полоски (для упрочнения) и еще один слой. При необходимости — третий.

Эта технология имеет недостатки: длительность процесса и вероятность получения на лицевой поверхности формы воздушных пузырей, что приводит к образованию шаровых наплывов при изготовлении восковых моделей.

Исследованиями установлено, что повышение концентрации катализатора № 18 с 0,4 до 1 % снижает продолжительность вулканизации до 2—3 ч. При подпрессовке виксинта в металлическом кожухе в процессе полимеризации лицевая поверхность оболочки после ее разрезания и извлечения мастер-модели получается высокого качества. Физико-механические свойства эластичной формы при ускоренном методе ее получения не ухудшаются. Этот способ применяют для получения жестких виксинтовых форм.

При получении восковых моделей художественных изделий методом свободной заливки расплавленного воска можно использовать следующую технологию получения виксинтовых форм. Металлическую или восковую мастер-модель смазывают тонким слоем полупрозрачного (дефицитного) виксинта, а после затвердевания наносят необходимый слой пастообразного виксинта. Мастер-модель с виксинтовым слоем заливают гипсом или легкоплавким сплавом, предусматривая возможность разборки пресс-форм, и фиксируют в ней оболочку. Затем эластичную форму разрезают скальпелем на небольшое число частей для лучшего извлечения восковых моделей, а мастер-модель вынимают из формы. При заливке виксинтовых оболочек легкоплавким сплавом лучше всего использовать сплавы с различной температурой плавления.

Для получения пустотелых восковых моделей художественных изделий малой пластики могут использоваться также виксинтовые формы из пасты У-1 без использования жидкого полупрозрачного виксинта. В этом случае эластичный вкладыш изготовляют в заранее полученном металлическом кожухе необходимых размеров. Конструкция кожуха должна предусматривать возможность свободной заливки модельного состава в полость виксинтовой формы.

Изготовление резиновых пресс-форм

Процесс изготовления резиновых пресс-форм включает следующие операции:

1. В металлическую обойму укладываются кусочки сырой резины.

2. Металлический эталон также с кусками сырой резины внутренними полостями помещается на подготовленный слой.

3. Сверху на эталон накладывается новый слой сырой резины.

4. Наполненную металлическую обойму с эталоном помещают в вулканизационный пресс для придания сырой резине эластичного состояния.

Под воздействием давления и температуры пластины с кусками резины свариваются между собой, образуя эластичную массу, внутри которой находится эталон. Физико-механические свойства резины после вулканизации и режимы вулканизации представлены в таблице 2.3.3.1.

Вулканизационный пресс (рис. 2.3.3.8) оборудован нагревателями (п. 3), термодатчиками (п. 4) и регулятором нагрева (п. 6). На столе пресса установлена обойма с сырой резиной и эталоном (п. 5). Давление верхней траверсы на обойму осуществляется вручную штурвалом (п. 1). Для компенсации расширения при нагревании вулканизационных плит пресс снабжен тарельчатыми пружинами (п. 2), установленными на колонках.

После вулканизации обойму с резиной (п. 5) охлаждают в воде. Затем ее разрезают зигзагообразно, чтобы не было смещения половинок пресс-формы при сборке. В отдельных случаях до вулканизации в обойму закладывают фиксирующие втулки и стержни.

Табл. 2.3.3.1. Физико-механические свойства резин для восковых моделей 1 Пероксид дикумила. 2 Пероксимон Ф-40. 3 Хинондиоксим.

Резина на основе каучука	Вулканизирующий агент	Режим вулканизации		σв, МПа	δ, %	δост, %	Твердость, ТМ-2, усл. ед.
		t, °С	τ, мин
СКН-40М	ПДК1	150	35	11,0	400	4	55
СКИ-3, СКН-26	ПДК	150	35	14,0	780	6	36
СКИ-3, СКН-26	Ф-402	150	35	14,8	810	6	38
СКН-40М	ХДО3	150	45	12,0	850	24	34
СКН-40М	ХДО + МnО2	150	20	14,0	740	16	42
ИРП-7889	—	143	20	15,0	500	14	40
Импортная	—	143	30	15,3	650	8	38

В таких резиновых пресс-формах можно изготовлять модели методами заливки и запрессовки.

Приведенный на рис. 2.3.3.8 вулканизационный пресс применяется в серийном и массовом изготовлении пресс-форм. При индивидуальном изготовлении пользуются вулканизатором (рис. 2.3.3.9). Его конструкция приводится ниже. Для его изготовлении необходимы ручной пресс, электроутюг с регулятором температуры, металлическая плита (пластина), в которую вмонтирован нагреватель электроутюга. Как показано на рис. 2.3.3.9, на плиту пресса устанавливают электроутюг гладильной плоскостью вверх. Резиновую пресс-форму, выполненную из сырой резины, накрывают дюралюминиевым или стальным листом толщиной 2—3 мм и зажимают верхней подвижной траверсой ручного пресса. Установку температуры осуществляют терморегулятором, установленным на электроутюге. Терморегулятор предварительно градуируется при помощи ХА-термопары или термометра.

Риc. 2.3.3.8. Вулканизационный пресс:

1 — штурвал; 2 — тарельчатые амортизационные пружины; 3 — нагреватели; 4 — термодатчик;

5 — обойма; 6 — регулятор нагрева.

Рис. 2.3.3.9. Общий вид вулканизатора.

В качестве второго вулканизатора можно использовать простейшую струбцину, изготовленную из кусочка швеллера и болта, ввинченного в нижнюю плоскость швеллера. В нижнюю часть болта вставлен гвоздь в качестве поворотной ручки. Вулканизационную пресс-форму в раме, зажатую струбциной совместно с плитами (рис. 2.3.3.10), помещают в нагревательную муфельную печь, где установлен регулятор температуры.

Рис. 2.3.3.10. Изготовление резиновой пресс-формы: 1 — вулканизатор; 2 — стальные пластины; 3 — сырая резина; 4 — замок (стальные шарики);5 — образец.

Желатиновые и клеевые пресс-формы

Эти пресс-формы применяли до появления формопласта, виксинта и прочих материалов для эластичных пресс-форм. Они имеют сле¬дующие недостатки:

1. Низкая температура плавления, из-за чего модельный состав наносят кистью, что снижает производительность.

2. Высыхание при хранении снижает эластичность, производительность и искажа¬ет размеры.

3. Прилипание клеевого материала к мате¬риалу модели-эталона и модельному составу, что требует принятия специальных мер.

4. Низкая стойкость, в результате чего в пресс-форме можно изготовить только небольшое количество моделей.

Необходимыми для пресс-форм материалами являются технический желатит по ГОСТ 4821 и клей мездровый и малярный по ГОСТ 2067. Изготовляются такие пресс-формы так же, как формопластовые.