Для повышения прочности гипсовые пресс-формы можно арми­ровать металлическими каркасами, добавлять в гипс 15—30 % цемента или замешивать гипс на водном растворе связующего МФ-17.

Для придания полости гипсовой пресс-формы гладкой поверх­ности, а также повышения поверхностной прочности и негигроско­пичности, просушенную пресс-форму пропитывают в течение 30—, 60 мин в олифе, нагретой до 50 °С. После этого пресс-форму про­тирают, просушивают на воздухе и красят спиртовым лаком или нитролаком. Поверхность пресс-формы можно упрочнить нанесением на нее слоя органического стекла, растворенного в дихлорэтане (60 г оргстекла на 1 л дихлорэтана). Работу следует проводить под вытяжкой, так как пары дихлорэтана токсичны. После про­сушки в течение 2—3 ч при 40—50 °С толщина слоя органического стекла составляет 50—60 мкм.

Хорошие результаты дает применение неокрашенных гипсовых пресс-форм, которые перед запрессовкой опускают на 2—3 мин в холодную воду. Такая пресс-форма не требует никакого смазывания.

4.4. ЛИТЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРЕСС-ФОРМЫ

Литые металлические пресс-формы имеют наибольшее распро­странение, так как они более дешевы и могут быть быстрее изгото­влены, чем механической обработкой. Изготовление модели-эталона, по которому отливают пресс-форму, всегда менее трудоемко, чем изготовление самой пресс-формы механической обработкой. Литье многогнездных пресс-форм по одной модели-эталону, как правило, обеспечивает меньший разброс размеров, чем при получении такой пресс-формы механической обработкой. Особенно удобны литые пресс-формы при освоении новой номенклатуры отливок и изгото­влении первых образцов. В этом случае необходимые конструктивные изменения могут быть быстро осуществлены на модели-эталоне, а затем перенесены на соответствующую пресс-форму, отлитую по этой модели.

Процессы получения литых металлических и гипсовых пресс-форм аналогичны, но для изготовления металлической формы тре­буется металлический эталон. В металлической пресс-форме можно получить большое число моделей, поэтому в ее конструкции пред­усматривают приспособления, обеспечивающие удобство работы и удлиняющие срок ее службы. Такими приспособлениями служат разъемный корпус, точно пригнанные штыри с направляющими втулками, приспособления для выталкивания моделей из пресс-формы и при необходимости для комбинированных пресс-форм — различные металлические вставки.

Корпус пресс-формы обычно изготовляют сварным из листовой стали или же отливают из алюминия, штыри, втулки и толкатели изготовляют из стали.

Для предупреждения приваривания заливаемого сплава к эта­лону, поверхность последнего натирают чешуйчатым (серебристым) графитом, либо покрывают краской с пылевидным кварцем на жидком стекле или этилсиликатном связующем. Хорошие результаты дает копчение поверхности эталона.

В табл. 4.3 приведены составы и свойства легкоплавких сплавов. Сплав Вуда можно применять при изготовлении пресс-форм по металлическим и деревянным эталонам. Низкая температура плавле­ния и отсутствие усадки являются основными преимуществами сплава. К его недостаткам относятся сравнительно малая прочность и высокая стоимость. Висмутовые сплавы имеют более высокие прочность и температуру плавления, они не имеют усадки, а иногда объем их при охлаждении увеличивается. Цинковый сплав при отно­сительно невысокой температуре плавления обладает значительной прочностью и износостойкостью, его можно заливать свободной заливкой на подогретый эталон.

Рекомендуется верхнюю и нижнюю части пресс-форм отливать из разных сплавов, с различной температурой плавления. Наиболее оптимальным материалом считают сплав, содержащий 80 % РЬ, 6 % Sn, 14 % Sb с температурой плавления 250 °С, твердостью НВ 15,4 и усадкой 0,5 %. Для другой части пресс-формы применяют

сплав с 30,6 % РЬ, 51,2 % Sn и 18,2 % Cd с температурой плавления 142 °С, твердостью НВ 9,6 и усадкой 0,35 %. Из цинковых сплавов оптимальными являются состав 3,5—4 % А1, 2,4 % Сг, 0,02—0,05 % Mg, остальное цинк с температурой заливки 410—430 °С, линейной усадкой 0,85 % и состав 3,5—4,3 % А1, 0,05—0,06 % Сг, 0,02— 0,05% Mg, остальное цинк, с температурой заливки 410—420 °С и линейной усадкой 0,95 %.

Четкие контуры получают при нагреве металлического эталона до температуры на 30—60 °С ниже температуры плавления легко­плавкого сплава и при перегреве сплава на 30—60 °С выше темпе­ратуры его плавления.

В том случае, когда к пресс-форме предъявляют повышенные требования по точности размеров и чистоте поверхности, применяют опрессовку ее по эталону на прессе, используя высокие пласти­ческие свойства применяемых сплавов на основе РЬ и Sn. Затвердев­шую пресс-форму разбирают, исправляют мелкие дефекты на ее рабочей поверхности (шабрением) и вновь собирают вместе с этало­ном для обжатия на прессе под давлением до 60 МПа.

Имеется опыт изготовления литых пресс-форм из сплава АЛ2 на машине литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования [41]. При этом используют обычные блок-формы с ци­линдрическими и прямоугольными вкладышами, дополнительно изготовляют только вкладыши в блок-формы для закрепления эта­лонов-моделей.

4.5. ПРЕСС-ФОРМЫ, ИЗГОТОВЛЯЕМЫЕ МЕТОДАМИ ГАЛЬВАНОПЛАСТИКИ, МЕТАЛЛИЗАЦИИ И НАПЫЛЕНИЯ

Для изготовления пресс-форм гальванопластикой используют эталоны из алюминиевых или цинковых сплавов. Поверхность поли­рованного эталона протирают бензином, а затем обезжиривают окисью магния. После промывки холодной водой эталон декапируют в 18 %-ном растворе хлористого никеля или в растворе соляной и фтористоводородной кислот в течение 15—20 с и вновь промываюй холодной водой.

Подготовленный эталон никелируют в ванне обычного состава. Предварительно плоскость разъема эталона изолируют составом из воска и канифоли (1 : 1) для того, чтобы избежать осаждения никеля на эту плоскость. Первые 5—8 мин никелирования плотность тока должна быть 1—1,2 А/дм², а затем можно снизить до 0,5—0,8 А/дм². В течение 20—25 мин осаждается слой никеля толщиной 8—10 мкм. Затем эталон меднят в гальванической ванне в 20 %-ном растворе медного купороса. Предварительно на 1 л этого раствора добавляют 70 г серной кислоты и 8 г спирта — ректификата. Электролит все время интенсивно перемешивают и фильтруют. Промытый и высу­шенный омедненный эталон металлизируют медью или сталью с помощью газового или электрического металлизатора. Металлиза-ционный слой по всей поверхности эталона должен быть толщиной 2—2,5 мм.

После металлизации алюминиевый эталон удаляют растворе­нием в кипящем растворе щелочи, а цинковый — выплавлением при 450 °С. Полученную металлическую коронку травят в кислоте, а затем промывают в воде и просушивают. Коронку устанавливают на плиту, накладывают корпус пресс-формы и заливают гипсовым раствором или легкоплавкими сплавами. Аналогичным образом получают вторую половину пресс-формы.

При изготовлении пресс-формы металлизацией лучше использо­вать эталон из алюминия, который быстро окисляется на воздухе и окисная пленка препятствует сцеплению металлизационного слоя с эталоном. Металлизация может производиться аппаратом ЭМ-3 или ЭМ-ЗА.

Для металлизации металлический корпус пресс-формы (рамку) вместе с модельным эталоном устанавливают на плиту. Металл наносят вкруговую, начиная от рамки и заканчивая центром. Для лучшего сцепления распыляемого металла с рамкой на ее внутрен­них сторонах делают отверстия или канавки. Толщина наносимого слоя зависит от габаритных размеров пресс-формы и колеблется в пределах 1,5—5 мм. При непрерывном нанесении толстостенного покрытия эталон нагревают, что снижает качество изготовленной пресс-формы. В этом случае следует проводить металлизацию с охла­ждением эталона сухим сжатым воздухом или же с перерывами в работе. При извлечении эталона из-за хрупкости металлизацион-ного слоя возможно выкрашивание кромок, что легко исправить последующей запайкой. Полученную форму заливают гипсом или

легкоплавким сплавом.

Пресс-формы, изготовленные металлизацией, можно также делать многогнездными, монтируя коронки в стальном корпусе и соединяя их между собой пайкой, заливкой легкоплавкими сплавами или

дополнительной металлизацией с нерабочей стороны.

При плазменном напылении [26] применяют металлические, графитовые и гипсовые модели. Напыляют различные металлические порошки. Плазмообразующими газами являются водород, аргон, аммиак или смеси этих газов. Образованную оболочковую полу­форму заливают металлом или засыпают металлическим порошком с последующим спеканием, применяя нагрев электротоком. Внутрен­ние полости пресс-форм полируют.

4.6. ПЛАСТМАССОВЫЕ ПРЕСС-ФОРМЫ

Для мелкосерийного производства удобно и экономически целе­сообразно изготовление пресс-форм из пластмасс холодного тверде­ния методом свободной заливки на эталон. Пресс-формы, получен­ные указанным методом, имеют высокую механическую прочность, не подвержены короблению, разбуханию, коррозии, они обеспечи­вают достаточную точность получаемых моделей.

Наиболее широкое применение получили пластмассы на основе эпоксидных смол. Эпоксидные смолы являются вязкими жидкостями, в которые вводятся пластификаторы и отвердители. Затвердевшая в результате полимеризации смола — это необратимая и неплавкая масса с малой теплопроводностью и низкой твердостью. Для улучше­ния свойств отвержденных пластмасс применяют инертные наполни­тели (металлические, минеральные, органические). Наиболее тепло­проводной является пластмасса на основе эпоксидной смолы с до­бавлением железных, алюминиевых и медных порошков.

Процесс изготовления металлопластмассовых пресс-форм аналогичен их получению из гипса или легкоплавких сплавов и состоит из изготовления эталона и по нему пресс-формы. Устано­вленный эталон, который может быть выполнен практически из любого материала, и плоскость разъема смазываются разделитель­ным составом (густым маслом, например подсолнечным, растворами 10—15 маc. ч. полиизобутилена в бензине, или 15—20 маc. ч. сырой резины в толуоле, 7—10 маc. ч. поливинилового спирта в воде, либо 30 маc. ч. воска в скипидаре). Затем в емкость загружают составляющие в определенных пропорциях.

Для снижения вязкости смолу подогревают до 40—50 °С. Пласти­фикатор нагревают в водяной бане до 85 °С и выдерживают при этой температуре для удаления из него газов, которые в противном случае будут выделяться в залитой пресс-форме.

Сначала смешивают смолу с половинным количеством пластифи­катора, другую его половину смешивают в отдельной посуде с отвер-дителем. В смесь смолы и пластификатора засыпают наполнитель и все перемешивают при 40—50 °С в течение 20—30 мин. Затем смесь охлаждают до температуры 20 °С, заливают отвердитель, сме­шанный с пластификатором, и вновь перемешивают. Приготовлен­ную смесь необходимо использовать в течение 15—25 мин.

Составы заливочных смесей для изготовления пресс-форм весьма разнообразны. Так, получили распространение металлопластмассо-вые смеси из 100 мае. ч. смолы и 150—170 маc. ч. алюминиевой пудры. Пластификатором во всех составах является дибутилфталат, который при использовании смолы ЭД-20 (ГОСТ 10587—76) берется в количестве 12—15 маc. ч., а для смолы ЭД-16 — от 15 до 20 маc. ч. В качестве отвердителей применяют полиэтиленполиамин (9— 10 маc. ч. для смолы ЭД-16 и 11 мае. ч. для ЭД-20), либо гекса-метилендиамин (10—12 маc. ч. для смолы ЭД-16 и 12—15 маc. ч. для ЭД-20). Как отвердитель может быть применен и кубовый остаток гексаметилендиамина (15—20 маc. ч. для любой из указанных смол).

Для улучшения качества поверхности пресс-формы можно при­менять облицовочную смесь, которую кистью наносят на эталон толщиной 1,5—2 мм. Этот слой выдерживают на эталоне в течение 1—1,5 ч, после чего заливают основную металлопластмассовую смесь. Рецептура облицовочных смесей отличается от заливочных меньшим (в 5 раз) содержанием наполнителей.

Залитая пресс-форма затвердевает в вытяжном шкафу при тем­пературе 20 °С в течение 12—16 ч, после чего ее термически обраба­тывают по следующему режиму: 1 ч при 30 °С, 1 ч при 40 °С, 2 ч при 60 °С — с последующим охлаждением вместе с термошкафом.

4.7. ПРЕСС-ФОРМЫ ИЗ ЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Применение эластичных материалов — формопласта и резины — значительно упрощает изготовление пресс-форм. Большая упругость формопласта и его свойство после деформации возвращаться к перво­начальной форме позволяет при выемке модели буквально выворачи­вать формопласт, извлекая модели с поднутрением и с обратными конусами. Изготовление формопластовой пресс-формы состоит в заливке модельного эталона расплавленным формопластом.

Эталоны могут быть изготовлены из металла (температура пла­вления не ниже 130 °С), дерева и гипса. Перед заливкой формо­пластом эталон припудривают тальком. Гипсовый эталон и гипсовый кожух лучше всего пропитать горячей олифой или бакелитовым лаком. Гипс, не имеющий защитного покрытия, при заливке вы­деляет в жидкий формопласт газы, отчего форма пронизывается мелкими отверстиями в виде булавочных уколов. Нельзя для по­крытия эталонов использовать нитролаки, спиртовые лаки и искус­ственные олифы, так как они реагируют с формопластом. Перед заливкой эталоны, особенно металлические, нужно подо­греть до 60—70 °С для получения хорошей поверхности. Распла­влять формопласт следует в масляной бане, следя за тем, чтобы

температура обогревающей среды не поднималась выше 150 °С. При нагреве выше 150 °С формопласт разлагается и теряет свои свойства. Заливать его необходимо при температуре 125—130 °С. Перед заливкой прекращают нагрев формопласта и выдерживают в течение 10—15 мин для полного удаления пузырьков воздуха. За один прием эталон заливают полностью со всех сторон. После затвердевания и извлечения из корпуса пресс-форму разрезают лезвием бритвы или острым ножом на такое число частей, чтобы было удобно извлекать модель. Формопластовые пресс-формы используют только при изготовлении моделей свободной заливкой.

Пресс-формы из резины широко применяют в зубопротезной и ювелирной технике, при изготовлении мелких художественных отливок, реже для получения мелкосерийных и единичных отливок в промышленности. Срок службы резиновой пресс-формы до 250 съемов.

Технологический процесс изготовления резиновых пресс-форм заключается в следующем. Стальной эталон отливки ставят на дно цилиндрической гильзы и заливают жидким кремнийорганическим каучуком, в который предварительно вводят катализатор. После полимеризации для извлечения эталона пресс-форму разрезают ножом пополам до линии разъема, оставляя неровности для взаимной фиксации половинок при сборке. После извлечения эталона и про-резания литника пресс-форму собирают и вставляют в гильзу, изго­товленную так, что половинки пресс-формы оказываются плотно прижатыми одна к другой. Пресс-форму свободно заполняют модель­ным составом или вакуумируют (остаточное давление ~70 Па) и запрессовывают модельный состав под давлением 140—170 кПа.

В последнее время для изготовления пресс-форм используют герметик виксинт, который выпускают двух марок — полупрозрач­ный жидкий и белый пастообразный. При введении в него 0,4— 4 % катализатора виксинт через 2—4 ч затвердевает, превращаясь в эластичную резиноподобную массу без повышения температуры. В виксинтовой пресс-форме обеспечивается высокая точность от­печатка, не требуется смазывать ее разделительным составом, можно получать модели как свободной заливкой модельного состава, так и при умеренном давлении на него. Такая пресс-форма может быть получена по эталону из любого материала (дерево, пластилин, глину, воскоподобные составы и т. д.).

Вначале эталон смазывают тонким слоем жидкого виксинта, а затем после затвердевания, наносят необходимый слой пастообраз­ного виксинта. Эталон с виксинтовым слоем заливают гипсом или легкоплавким сплавом, предусматривая возможность разборки пресс-формы, и фиксируют в ней виксинтовую оболочку. Пресс-форму разбирают и виксинт разрезают тонким лезвием на необходимые части для удобства извлечения модели. Эластичность виксинтовой оболочки позволяет получать модели с поднутрениями.

При необходимости придать большую жесткость пресс-форме изготовляют стальную или алюминиевую разъемную обечайку с за­жимами и половинками ее сдавливают незатвердевший виксинт на эталоне. Расстояние между полостью половинок и эталоном обычно составляет 3—5 мм. По плоскости разъема половинок обе­чайки выполняют канавки, в которые выдавливается избыток ви­ксинта. Виксинтовая пресс-форма со временем теряет эластичность, изменяет размеры из-за старения полимера.

4.8. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕСС-ФОРМ И ИХ ИСПЫТАНИЯ

В зависимости от сложности пресс-форм, применяемых цехом, от организации производства, принятого на заводе, в состав которого входит этот цех, и от наличия производственной базы для механи­ческой обработки пресс-формы можно изготовлять в специальном

отделении цеха литья по выплавляемым моделям, в специальных инструментальных или механических цехах и, наконец, на других заводах по кооперации.

В тех случаях, когда пресс-формы изготовляют в других цехах или заказывают на других заводах, цех литья по выплавляемым моделям должен иметь отделение или мастерскую для ремонта пресс-форм и даже изготовления их для простейших деталей.

При условии изготовления пресс-форм в литейном цехе отделение по изготовлению и ремонту последних должно быть оснащено соот­ветствующим оборудованием.

В крупных цехах, оснащенных автоматами для изготовления моделей, должны быть стенды для проверки и доводки каждой вновь изготовляемой пресс-формы.

Стенд для отладки пресс-форм (рис. 4.17) может также исполь­зоваться для изготовления модельных секций в индивидуальном и мелкосерийном производстве при наличии соответствующих пресс-форм. На стенде проверяется кинематическая "работа пресс-форм, условия охлаждения, герметичность и качество получаемых звеньев моделей (перекос, заусенцы по плоскости разъема, геометрия и т. д.).

Техническая характеристика стенда мод. 655

Производительность, звеньев в час.................... 20—40

Расчетное усилие зажима пресс-форм, кН......... 9,8

Максимальные размеры пресс-форм, мм............ 240X240X240

Давление воздуха в сети, кПа .......................... ≥382