Дата публикации: 13.10.2024
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОВАНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СИЛИКОНОВ И ПЛАСТМАСС
Тубиркулов Казбек Бисенгалиулы
Магистрант 2 курса,
КазНИТУ им. К.И. Сатбаева,
Казахстан, г. Алматы
АННОТАЦИЯ
В настоящее время существуют альтернативные варианты изготовления корпусных деталей из композиционных материалов в том числе полимербетон. Одним из видов технологии изготовления корпусных деталей является изготовление корпусных деталей методом холодного формования композиционных материалов и данный метод является выгодным с экономической точки зрения, а прочностные характеристики не уступают чугуну или стали и не требуют высокой продолжительности обработки.
По данной технологии для получения отливок различных корпусных деталей изготавливается матрица из различных материалов.
В последнее время технология тиражирования изделий методом литья в силиконовые формы приобретает все большую попу популярность. При производстве изделий из полимерных материалов важную роль выполняет формообразующая оснастка, которая может представлять собой замкнутую или открытую форму, полуформу, проходную форму и т. п. в зависимости от принятого способа переработки. Назначение оснастки состоит в придании изделию заданной формы и размеров с оптимальными техническими свойствами.
При необходимости получения малой серии отливок часто нерентабельно изготавливать металлическую пресс-форму. В связи с этим для изготовления корпусных деталей применяется холодное формование, без нагрева. Для формовки деталей используются различные типы матриц. Наиболее распространенным является тип, изготовленный из силикона. Так как важнейшим элементом формообразующей оснастки является оформляющая поверхность, благодаря которой полимерная масса принимает заданную форму и внешний вид.
Основной проблемой при изготовлении корпусов является правильный выбор материального обеспечения - марки силиконов и учет таких факторов лабораторных условий как температура, влажность, точное соблюдение дозировки компонентов, режимов смешивание.
МЕТОДОЛОГИЯ.
В качестве объекта для разработки был выбран УЦН. Прежде чем приступить к изготовлению матрицы, был разработан подробный чертеж и 3D-модель детали. Также упоминались узлы, которые могут затруднить изготовление матриц.
Поскольку данная методика относится к холодной формовке, для изготовления матрицы рассматривались 3 вида материала.: дерево,пластик,силикон.
Дерево считается классическим, легким и легкообрабатываемым материалом. Поэтому из дерева очень часто изготавливается модельно стержневая оснастка. Для производства модельной оснастки используется исключительно качественная и идеально высушенная древесина, а тонкие художественные детали требуют использования ценных пород твердой 12 древесины. Конечно, в некоторых случаях модельная оснастка из древесины просто незаменима. Например, при изготовлении габаритных изделий деревянная оснастка предпочтительней из-за меньшего веса.
В процессе изготовления древесной матрицы возникли проблемы с изготовлением сложных узлов деталей. А также с низким порогом эксплуатационных свойств, с возможностью излома некоторых узлов.
Следующий материал для изготовления матрицы - силикон.
Силикон. Эластомер популярный среди производителей форм, которые легко изготовить своими руками. Для создания формы используются двухкомпонентные силиконовые компаунды: основной силиконовый состав плюс катализатор. Этот материал легко смешивается, допускает отклонение в дозировке компонентов. Формы застывают при комнатной температуре. Имеют среднюю прочность. Выдерживают до 2000 отливок в широком диапазоне температур заливаемого материала. Если рассматривать качественный силикон на платиновой основе, то эти формы выдержат до 5000 отливок.
Для изготовления матрицы из силикона последовательность действий была следующей:
Был изготовлен емкость для литья силикона, в которую заливался силикон. К емкости была закреплена стальная деталь для получения необходимой формы. Для обеспечения точности узлов деталей учитывался зазор между деталью и стенкой емкости, а также был рассмотрен технологический отверстия для литья силикона на емкость. А также перед началом литья силикона было проведено обезжиривание корпуса емкости и детали, так как силикон мог прилипнуть к корпусу или к детали, обезжиривание проводилось с помощью специальной жидкости. После подготовки формы для заливки силикона был приготовлен непосредственно силикон, который состоит из двух компонентов 1 - силикон 2 - отвердитель, отвердитель используется для затвердевания основной массы силикона. После смешивания силикон заливался через технологическое отверстие.
Рис 1. Отливки форм насоса из силикона
В связи с этим в качестве оптимального материала для литья корпусных деталей был выбран силикон, так как для изготовления литьевых форм, являются уникальными материалами, прочными и устойчивыми к высокой влажности и перепадам температуры. Существует удивительное многообразие силиконов для форм различного назначения. 52 Очень большой разброс видов силикона по прочности, по твердости, при выборе которых мы должны учитывать габариты, материал изделия, то есть для каждого случая мы должны выбрать подходящий силикон. Например, если для больших моделей выбрать мягкий силикон, то форма увеличится, то есть раздавит силикон, и форма не будет точной.
В качестве следующего материала для изготовления матрицы был выбран пластик.
Оптимальный вариант для современного производства - изготовление модельной оснастки из пластика. В современной химической промышленности производится огромное количество видов полимеров, которые предназначены для производства литейной оснастки, в форме пасты, заливочного состава или плиты стандартного размера. Подобные материалы очень удобно использовать – они обладают однородной структурой и высокими эксплуатационными характеристиками. Некоторые модельные полиуретаны превосходят по износостойкости алюминиевые сплавы и могут выдерживать более 100 000 съемов. Изготовление литейной оснастки из пластика выгодно для производства крупных серий отливок на предприятиях, обладающих современным формовочным оборудованием.
Рис 2. Пластиковая модель насоса
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ.
По полученным данным выявлено, что для формирования корпусных деталей с помощью силикона расход силикона более значительный, ввиду разновидности рельефа деталей, и это является недостатком с экономической стороны поскольку силикон является дорогостоящим компонентом, а также при литье силикона наблюдалось появление пузырей на боковых поверхностях деталей.
В связи с этим для экономии расхода силикона необходимо изготовить изготовить пластиковую подложку для матрицы.
В настоящее время для изготовление различных деталей из пластика существует различные 3D принтеры.Для изготовления пластиковой матрицы был разработан чертеж 3-мерной модели с использованием SOLIDWORKS программы.С помощью 3D принтера был распечатан 3 модель детали.
В результате печати на 3D-принтере качество матрицы значительно более высокое, при этом сложные узлы были напечатаны с высокой точностью. Следует учесть, что время печати длительное, однако прочность материала превосходит его.
Рис. 3D Рис модель УЦН
Преимуществами пластиковой подложки являются экономичность расхода силикона, прочность стенок, высокая точность поверхности, а также высокий уровень эксплуатационных характеристик и износостойкости.
Для изготовления матрицы из силикона был исследован параметры силикона для подбора оптимального варианта материала.
Силикон для форм – это жидкий 2х компонентный материал для изготовления эластичных молдов. Матрицы из этого материала получаются прочными на разрыв и подходят для многоразового использования.
Жидкий силикон для форм состоит из двух компонентов: основная масса и отвердитель (катализатор). Основная масса начинает застывает только при добавлении в нее катализатора, до этого момента она находится в жидком состоянии.
Основные характеристики силикона:
Твердость – это свойство материала не испытывать пластической деформации вследствие местного контактного воздействия, обычно сводящегося к внедрению в материал более твердого тела.
Время жизни — это время, при котором силикон остается жидким. Чем больше Вы добавите катализатора (для оловянных силиконов), тем сильнее уменьшится время жизни. Так же, чаще всего, чем выше твердость силикона, тем меньше у него время жизни. Производители обычно указывают "идеальное время" 25-30 минут (это время в идеальных условиях : определенная температура, точная развесовка компонентов и др), мы советуем (в зависимости от твердости и катализатора) успеть замешать и залить силикон, в течение 7-15 минут.
Вязкость более текучий силикон имеет более низкой значение вязкости. Чем ниже вязкость, тем проще Вам будет работать с силиконом, но обычно — это силиконы с низкой твердостью. Прочность на разрыв характеристика важна дли производства деталей, на которые в последующем будет нагрузка. Линейная усадка — это уменьшение объема и линейных размеров отливки в процессе ее формирования, выражается, как правило, в процентах. Например, при заливке формы высотой 300 мм компаундом с линейной усадкой в 1% высота после полимеризации силикона уменьшится на 0,3 мм. Удлинение при разрыве — это параметр, характеризующий, насколько растягивается силикон, прежде чем он порвется. Чем выше этот параметр, тем качественнее силикон.
Учитывая вышеуказанные параметры силикона, был рассмотрен нижеследующие виды силикона:
SilicoTim 40 - Более жесткий, универсальный и эластичный силикон, белого цвета. Благодаря платиновому катализатору стойкий к агрессивным средам смол. пластиков и шеллачных сред бетонов. Без запаха. Крепкий. отлично подходит для форм среднего и крупного размера, с требованиями к большому количеству. Более густой консистенции, хорошо подходит для двусоставных форм и плоских форм.
Пентэласт 710- Литьевые формы, сделанные из силиконового каучука на основе Пентоласт 750 могут эксплуатироваться длительное время при повышенных температурах. Однако, длительное использование форм, при температурах выше 200°С приведет к потере эластичности.
Силагерм 6070П-Очень высокий показатель прочности на разрыв износостойкий. Время жизни неиспользованного продукта резко уменьшается после открытия упаковки.
ЗАКЛЮЧЕНИЯ
Анализ данного способа показывает, что наиболее эффективным вариантом с точки зрения экономии и с учетом параметров силикона является изготовление подложки с заполнением отверстий.
В результате анализа установлено что при изготовлении матрицы силикон не прилипает к пластиковым материалам. Для предотвращения этой проблемы в пластиковой подложке будут предусмотрены заливочные отверстия которое при заливке силикона будет заполнен силиконом. Заливочные отверстия в пластиковом подложке будут предусмотрены в нескольких узлах подложки для обеспечения наилучшей прочности матрицы.
А также учитывая параметров силикона был выбран силикон SilicoTim 40 так как данный вид силикона более жесткий, универсальный и эластичный силикон и по экономической части дешевле чем остальные виды силикона.
Список литературы:
-
Резниченко С.В., Морозов Ю.Л. (ред.) Большой справочник резинщика. Том 1. Каучуки и ингредиенты -М.: Техинформ, 2012. — 744 с.
-
Платэ Н.А., Сливинский Е.В. Основы химии и технологии мономеров - Учебное пособие. — М.: Наука: МАИК Наука/Интерпериодика, 2002. — 696 с.: ил.
-
Бажант, В. Силиконы. Кремнийорганические соединения, их получение, свойства и применение./ пер. с чеш. / В. Бажант, В. Хваловски, И. Ратоуски. - М.:Госхимиздат,1960. - 709 с. : ил.
-
Молодцов, Г.А.Формостабильные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов / Г.А. Молодцов, В.Е. Биткин, В.Ф. Симонов, Ф.Ф. Урмансов.–М.: Машиностроение, 2000. 352 с.
-
Аверко-Антонович Ю.И., Бикмуллин Р.Т.Казань, КГТУ, 2002, 604 с. Методы исследования структуры и свойств полимеров: Учебное пособие.
-
Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб.пособие/ Кербер М.Л., Виноградов В.М., Головкин Г.С. и др.; под ред. Берлина А.А.. – СПб: Профессия, 2008. – 560 с.
-
Вестус У.М. Полиуретаны, покрытия, клеи и герметики. – М.: ПэйнтМедиа, 2009. – 400 с.
-
Яковлев С.Н. О некоторых физических свойствах конструкционных полиуретанов// Известия СПбГТИ, 2013, № 20, с.78-80.
-
Кольцов Н.И., Ефимов В.А. Полиуретаны. Соросовский образовательный журнал, том 6, № 9, 2000, с.34-38U 10 Голотенков О. Н. Формовочные материалы: Учеб. Пособие.Пенза, 2004 г.