ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНАСТКИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Основная проблема при производстве изделий из полимерных материалов широкого ассортимента методом литья под давлением — изготовление формовочной оснастки. Наиболее распространенными методами ее изготовления в настоящее время являются механическая обработка, электроэррозия и штамповка. Но все они отличаются высокой трудоемкостью или для их использования требуется специальное оборудование, что в конечном итоге не позволяет, в случае необходимости, производить быструю смену ассортимента изделий из пластмасс.

В настоящее время проводятся работы [1, 2] по использованию в качестве формующей оснастки полимерных и эластомерных материалов, что наиболее предпочтительно при изготовлении изделий сложной конфигурации и с тонким рельефом поверхности при литье в них низковязких композиций без давления или под невысоким давлением (например воска, легкоплавких сплавов, эпоксидных и полиэфирных смол). Формы из эластичных материалов не нашли широкого применения при изготовлении литьем под давлением изделий из термопластов (полиэтилен, ПВХ, полистирол и пр.), что связано с возможностью их деформации в процессе впрыска полимерного материала. Однако эластичные материалы с успехом можно применять при изготовлении металлических формообразующих поверхностей.

Металлические матрицы можно изготовлять двумя способами:

— литьем легкоплавких сплавов на модель из термопластичной резины;

— методом гальванического осаждения на эластичную поверхность.

В этих двух случаях необходимо предварительно сделать эластичную модель, повторяющую конфигурацию изготавливаемой матрицы. Как правило, такая матрица состоит из двух частей, каждая из которых ограничена плоскостью разъема с фиксирующими элементами. При этом плоскость разъема необходимо так спроектировать, чтобы обеспечить свободную выемку изделия из металлической матрицы. Для изготовления эластичной модели используют модель будущего изделия, выполненную из какого-либо каркасного материала, например гипса, воска, металла, пластмассы. В зависимости от свойств и конфигурации данной модели выбирают способ изготовления «временной» матрицы. Можно использовать композиции па основе эпоксидных и полиэфирных смол, а также зластомерные композиции: «временная» матрица изготавливается путем свободной заливки композиции на мастер-модель, которую извлекают из нее после отверждения матрицы.

Аналогично с использованием полученной матрицы методом заливки или прессованием выполняют эластичную модель, повторяющую конфигурацию будущего изделия и плоскости разъема формы. При изготовлении простого плоско-объемного изделия достаточно одного эластичного элемента. Для изделий сложной конфигурации эластичная модель должна состоять из двух элементов, каждый из которых представляет половину оформляющей полости. В данном случае на плоскостях разъема должны размещаться фиксирующие элементы.

В зависимости от способа изготовления матрицы выбирают и состав материала эластичной модели. Если форму выполняют методом литья легкоплавких сплавов, то для модели ис¬пользуют силоксановые композиции на основе каучуков или СКТВ, содержащие наполнитель, вулканизующий агент и термостабилизатор ФС. Полученную из такой композиции эластичную модель заливают легкоплавким сплавом, имеющим температуру плавления 240 - 450° С. После этого в форме механическим способом делают литники и крепежные отверстия. Данный способ позволяет быстро изготавливать металлические формы для небольших серий изделий из термопластов, создаваемых методом литья под давлением.

Для получения металлической формы способом гальванического осаждения эластичную модель делают из электропроводной резины. Эластичный материал приобретает электропроводные свойства при введении в резину металлических порошков, графита и технического углерода. Наиболее приемлемым является использование в рецептурах резин технического углерода. Такие резины создавались на основе двух силоксановых каучуков СКТ и СКТН. В качестве электропроводного наполнителя использовали технические углероды ПМЭ-80В и АТГ-70. Методом ортогонального композиционного планирования эксперимента показано, что наиболее высоким электрическим л физико-механическим свойствам резины соответствуют рецептуры, содержащие 80 - 85 массовых частей технического углерода при соотношении каучуков 1:3, причем более высокими прочносгными показателями обладает резиновая смесь, содержащая в качестве наполнителя технический углерод ПМЭ-80В. В состав разработанной электропроводной резины входят следующие ингредиенты, масс. ч.:

Каучуки:
СКТ	....................25
СКТН	....................75
Технический углерод ПМЭ-80Э	....................85
Катализатор К-18	....................4

Такая резина отверждается в прессе при комнатной температуре и имеет следующие физико-механические свойства:

Прочность, МПа	....................4,5
Удлинение, %:
относительное	....................8
остаточное	....................85
Удельное электрическое сопротивление, ом.м2	....................0,065

При замене катализатора К-18 пероксидами можно получить эластомер, вулканизуемый при 150°С и обладающий несколько более высокими прочностными показателями.

Эластичную модель из приведенного состава покрывают слоем металла, применив с этой целью гальваническое осаждение. В качестве металлов можно использовать медь или никель. После этого, гальваническую матрицу заполняют легкоплавким сплавом. В полученную таким образом металлическую форму можно заливать под давлением термопластичные материалы и прессовать реактопласты.

Исследование усадки резиновых изделий, изготовленных в подобных формах, показало, что их суммарная усадка составляет 5,5 - 6,0% по отношению к первоначальной мастер-модели. Эта суммарная усадка складывается из двух составляющих усадок: Е₁, возникающей на стадии изготовления эластичной модели (E₁ = 2,9 - 3,1 %), и Е₂, получаемой при изготовлении резинового изделия в гальванической форме (Е₂=2,6 - 3,0). Суммарную усадку получаемых резиновых изделий можно снизить, изготавливая эластичную модель при комнатной температуре. В данном случае E₁=0.

Разработанная технология с использованием эластичных материалов позволяет снизить трудоемкость изготовления оснастки, необходимой для производства мелкосерийных изделий.