Рекомендации по усилению конструкции стеклопластиковых матриц

Усиление матриц

Когда каркасный слой достиг ожидаемой толщины и отвердел, можно приформовывать крепеж и рамы. Это необходимо осуществлять, избегая возникновения напряжений натяжения.

Хороший способ усиливать матрицы - выклеивать их стеклотканью методом канавкового сэндвича. В противоположность этому методу, «настоящий» сэндвич не образует изолирующего слоя. Стеклоткань можно выклеивать прямо на поверхности наружной оболочки, в случае, когда последняя отвердевала не менее одной недели. Нанесение стеклоткани необходимо осуществлять как можно тщательнее: без перерывов, стыки швов-край к краю так, чтобы не возникало смолосодержащих мест.

С помощью метода «настоящего сэндвича» усиление можно осуществить прямо на поверхности наружной оболочки, когда последний наклеенный слой отвердевал не менее одной недели. Сэндвич делают из бальзы или другого пробельного вещества. Делая выбор ядра сэндвича, необходимо принять во внимание изолирующие особенности ядра. Вклеивание необходимо осуществлять тщательно, избегая смолосодержащих мест, за один раз, чтобы в шовных местах не возникало напряжений натяжения.






Рис. 1. Напряжения натяжения, вызванные неправильно установленными усилениями. Слишком большая толщина приформовки по неотвержденному слой наружной оболочки.
Когда речь идет о тонкостенных матрицах, чтобы не возникало напряжений натяжения, усиления и рамы следует приформовывать следующим образом:
• необходимо обозначить места установки усилений. Для этого приклеивается липкая лента, выдерживающая воздействие стирола поверх меток
• приформовываются два слоя стеклоткани сатинового плетения поверх пленки и устанавливаются сердцевины усилений, картонные трубки, полиуретановые лоскутки или соответствующие элементы поверх стеклоткани
• приформовывается усиление и дается время на отвердение
• после отвердевания весь пакет отделяют и удаляют пленку

Очень хорошо получаются широколапые балки усиления. Далее необходимо отшлифовать на матрице поверхность и приклеить усиление на поверхность одним или двумя слоями стеклоткани сатинового плетения.





Рис.2 Крепление усилений без риска возникновения напряжения натяжения.

Рамы

Для сведения к минимуму риска возникновения напряжений натяжения необходимо устанавливать полностью готовые рамы, сделанные из металлического уголка, стальной трубки и пр. материалов.

Когда рама приформована к матрице, ее поверхность уже нельзя обрабатывать: шлифовать, полировать или сверлить. Различные части рамы необходимо обработать (отрезать, сгибать) так, чтобы они полностью подходили к матрице. Каждую часть временно приставляют к матрице до полного прилегания и соединяют вместе держателями, струбцинами и пр. так, чтобы раму можно было вытащить. В крайнем случае, различные части прихватывают точечной сваркой.

Когда рама готова и временно собрана, её снимают с поверхности матрицы и сваривают целиком. Высверливают все отверстия и устанавливают все элементы, необходимые при работе с матрицей.

После этого всю раму полностью обезжиривают и устанавливают обратно на поверхность матрицы для приформовки. Необходимо помнить, что у приформовываемых к матрице частей, должно быть стопроцентное прилегание. Все зазоры должны быть заполнены шпаклевкой до приформовки. Если прилегание полное и приформовываемые поверхности отшлифованы, достаточно двух слоев стеклоткани сатинового плетения и широких крепежных лопастей (речь идет о ширине приформовочного угольника) приформовки.

При формовании необходимо помнить о тепловом расширении рамы.
Раму необходимо спроектировать так, чтобы она была местом крепления стойки и прочих необходимых для обработки матрицы деталей. Рама не должна быть только лишь кучей металла, а у каждой части должно быть собственное предназначение и определенное место.


Рис.3. Крепление рамы и стойки. Использование кусков стеклоткани при креплении рамы и стойки Приформовывать их в интервале 50 см.

Разделяемые матрицы

Разделение матрицы необходимо осуществлять вдоль естественных линий раздела так, чтобы раздел следовал углу или аналогичному элементу. Разделяемые части необходимо снабдить вытяжными ручками для облегчения открытия матрицы.
Разделяемые матрицы, в которых линия раздела не должна просматриваться на изделии, необходимо изготавливать особенно тщательно. Обрабатывая большие матрицы, это может оказаться очень трудоемко. Во многих случаях приходится шпаклевать или шлифовать выделяющиеся линии раздела. Если большие половины матрицы перекрываются внахлест, то можно избежать шпаклевки, изготавливая т.н. "формовочный край" на месте раздела. Этот формовочный край можно шлифовать и полировать в дальнейшем и таким образом, можно избежать больших ошибок при стыковке частей матриц.



Рис.4 Формирование линий раздела

Разделительные крылья, замковые края не надо делать ровноповерхностными. Их недостатком является то, что закрывающая сила, которая держит части вместе, разделяется на две большие области и часто немного на сам разделительный край, в котором нужна была бы значительно большая сила. Разделительные крылья нужно отформовывать так, чтобы сила сжатия была направлена непосредственно на саму разделительную линию или вблизи ее, насколько возможно.





Рис. 5 Неправильное формование разделительного крыла.



Рис. 6 Формование разделительного крыла для достижения оптимальной возможной силы запирания.

На разделительную линию устанавливают временный фланец, после чего матрицу собирают в две стадии:
• временный разделительный фланец необходимо натереть воском и обработать разделительным материалом так же, как и болван. Когда будет полностью изготовлена (отформована и отверждена) оболочка первой половинки матрицы, то можно снять временный фланец (крыло). Поверхность раздела готовой половинки матрицы после этого необходимо натереть воском и обработать разделительным материалом. Обработку необходимо производить аккуратно и осторожно, чтобы не отделить от болвана готовую половинку матрицы;
• формуя второй фланец, надо дать стеклоткани завернуться через край так, чтобы фланцы приклеились друг к другу снаружи. Это делается для того, что бы фланцы не сломались и не разошлись до окончания формования. Разделительные фланцы необходимо сделать достаточно жесткими, чтобы их форма, несмотря на силу сжатия, сохранялась при использовании матрицы.




Рис. 7 Изготовление разделяемых матриц.

Направляющие

Направляющие являются неизбежными деталями в разделяемых матрицах. Их главное значение - не направлять части матрицы, а удерживать их (эти части) на правильных местах. В больших матрицах длинные направляющие, которые требуют одноосного перемещения частей матрицы, являются не практичными. Если направляющим придать конусообразную форму, то матрицу можно будет запирать и открывать также в диагональном направлении.



Рис. 8 Формование направляющих.

Обрезные кромки

В матрицы, у которых края изготавливаемых частей подрезаются, до окончательного затвердевания, можно заформовать стальные края. Обрезные кромки стоит делать с самого начала.
Если поверхность изделия находится вдоль одной прямой, то соответствующие стальные кромки можно сделать линиями раздела в разделяемой матрице.
В изгибающихся линиях раздела это не очень пригодно, поскольку существует опасность, что касание будет не полным.



Рис. 9 Резаный край стеклопластиковых матриц.

Съемник-выталкиватель

Как уже упоминалось ранее, поломка стеклопластиковых матриц чаще всего происходит из-за грубого обращения. Особенно частой ошибкой является применение силы и острого инструмента. Это обстоятельство необходимо принимать во внимание уже на стадии проектирования и изготовлять, например, задние углы, разделительные уровни и пр. Таким образом, чтобы отделение изготовленной детали от поверхности матрицы было бы легким.
Съемник - это деталь, значением которой часто пренебрегают. Правильно расположенный и хорошо изготовленный съемник значительно увеличивает долговечность матрицы. Его можно изготовить различными способами.
Самый простой - отверстие против точки нажима, которое на время формования закрывают липкой лентой, винтом или вытяжным штырем. Это простой и бюджетный способ. Однако, при изготовлении больших и тяжелых деталей у них к сожалению проявляются недостатки. Съемник не должен поднимать или вытаскивать деталь наверх, а должен пропустить воздух между деталью и матрицей, чтобы они отделились. Хороший съемник получается, когда он изготовлен в соответствии с рисунком в виде трубчатого вентиля. Он работает так, что открывается на десятые доли миллиметра, вследствие чего воздух попадает между поверхностями, отделяя деталь от матрицы.



Рис. 10 Резьбовой съемник (винтовой съемник)




Рис. 11 Пневмосъемник

Такой съемник можно использовать также в вакуумно-инжекторных матрицах, когда к трехканальному крану подключают пневморукав так, чтобы съемник-выталкиватель находился в таком же разряжении, что и внутренняя часть матрицы.
Съемник необходимо устанавливать в центр матрицы, в её самое глубокое место, не слишком близко к раю. При необходимости отделения больших или толстостенных деталей, съемник устанавливают ближе к тому краю, где отделение произойдет легче. Если деталь глубокая и у нее маленькие задние углы, то съемник устанавливают также и на края. Если съемник расположен на боковой поверхности матрицы, необходимо помнить, что доступ воздуха надо прекратить сразу после отделения, чтобы отделение происходило при закрытом съемнике, иначе деталь может поцарапаться сама или повредить съемник.



Рис. 12 Воздушный трубчатый вентиль.

Конструктивные моменты

Проблемой изготовления рабочей оснастки для стеклопластикового производства является усадка полиэстера. В нормальных условиях полиэстер усаживается при отверждении на 7-8 % от объема, то есть линейные размеры усаживаются приблизительно на 2 %. Эти оценки относятся к неукрепленному полиэстеру. Укрепленный или наполненный полиэстер усаживается меньше, поскольку часть от объема составляет не усаживающийся материал. Полиэстер, в котором около 30% укрепителя, усаживается теоретически на 4 % от объема, что соответствует 1,8%-ной усадке по длине. Это идеальные теоретические оценки. На практике усадка изменяется очень значительно в зависимости от многих факторов, которые влияют на полимеризацию во время изготовления.

Усадка следует за процессом отверждения, т.к. оно (отверждение) начинается при коагуляции смолы и продолжается до тех пор, пока не произойдет окончательная полимеризация. Если у усадки есть физическое препятствие в каком-нибудь направлении, в этом направлении со временем могут развиться внутренние напряжения. Если препятствие для усадки удаляют прежде выравнивания напряжения, это может привести к долговременному усадочному напряжению, т.к. эти напряжения требуют длительного времени для выравнивания. Это явление вызывает изгиб стеклопластиковых изделий, и смолосодержащие места растрескиваются.

Для того, чтобы свести к минимуму внутренние напряжения необходимо принять во внимание следующее:

1. Декоративный слой должен быть:
• ровный, одинаковой толщины;
• без подтеков и сгустков.

2. Выклеенная оболочка должна быть:
• хорошо пропитана, без сгустков смолы;
• тонкого слоя, с одним слоем ткани за раз;
• отверждена в течение достаточного времени между слоями;
• у напряжений усадки должно быть достаточное время выравнивания до укладывания следующего слоя стеклоткани.

Усадку невозможно устранить полностью, но её можно этими мероприятиями снизить на практике до приемлемого уровня.

Момент на который никогда не уделяется достаточное количество внимания - на изготовление матрицы необходимо запастись временем! Процесс не надо принуждать. Каждой стадии надо столько времени, сколько требует материал. Наружную оболочку матрицы невозможно сделать быстрее, чем за неделю. Матрица должна отверждаться на болване в теплом помещении не меньше трех недель для того, чтобы она была качественной.
Матрица, которую изготавливают быстрее, чем за месяц, может получиться хорошей, но риск неудачи при этом достаточно велик.

Специальные матрицы – теплостойкие

Для инжекционных матриц, вакуумных матриц, для пластиков, литьевых матриц для PUR-ячеистого пластика и т.п. помимо усилителей необходимо также сделать теплоотделяющий слой. Этот слой необходимо изготавливать в виде 10-20 мм слоя с наполнителем. Лучшим наполнителем для этого является алюминиевая крошка. По причине экономии расходов алюминиевую крошку можно заменить промытым и сухим песком. Песчаный наполнитель действует как предохранитель тепла, но его теплопроводность хуже.

Теплоотводящий слой изготавливают из песка или алюминиевой крошки следующим образом:

• В декоративный слой гель добавить 1,5% отвердителя и размешать, а после этого смешать с алюминиевой пудрой или песком. Проще всего перемешивание производить обычным мастерком каменщика. Смесь должна иметь твердость талого снега. Проверить твердость можно, скатав маленький шарик и положив его на стол. Смола не должна вытекать, а шарик не должен растрескиваться или разваливаться на куски. Хорошую твердость можно получить перемешивая сухой мелкозернистый кварцевый песок (0,5 мм) с гелькоутом в пропорции 6:1. Время коагуляции этой смеси при комнатной температуре 25-30 минут. Поскольку смесь достаточно жесткая, её можно наносить на вертикальные стены. Для того, чтобы снизить в дальнейшем вероятность возникновения напряжений натяжения, такой жесткий и теплопроводящий слой необходимо наносить за один раз без перерыва. Матрицы большого размера могут потребовать при таких работах времени больше суток. На слой можно намотать спирали охлаждения/нагревания.
• После отверждения слоя в течение двух суток (не менее), его заформовывают одним слоем. При формовании используют т.н. «среда» - полиэстер в качестве связующего и в качестве армирующего - стекложгут. Этот слой надо делать исключительно толстым, если речь идет о закрытой матрице на которую воздействует давление. Слои оболочки в этом случае надо укреплять, чередуя жгут и стеклоткань. Стекложгут при этом надо собирать так, чтобы волокна были направлены вдоль наибольших напряжений.

Специальные – нагруженные

Для оснастки, которая постоянно работает в условиях больших нагрузок, надо отлить теплоотводящий слой. В больших матрицах внутреннее усиленное формование возможно лишь в случае частого расположения дуг, что не очень легко осуществить. Значительно легче выполнить внутреннее (каркасное) литье, с помощью которого получают относительно тяжелые матрицы. 

Литье осуществляется различными способами и из различных материалов:

• полиэстер + наполнитель (песок, гравий и т.п.)
• эпоксид (эпоксидная смола, эпоксид + наполнитель)
• бетон

Если для каркасного литья используется полиэстер, часто появляются проблемы усадки, которые решаются следующим образом: на заднюю сторону готовой матрицы устанавливают пробельный материал, например, половую дорожку из ПВХ. Она может быть отделяющейся или приклеенной местами двусторонним скотчем или контактным клеем на водяной основе. Дорожки можно располагать на расстоянии 2-3 мм друг от друга. Шов заполняют формовочным воском. На пробельный материал сверху наносится разделительная пленка. НЕ ВОСКОВАТЬ! После этого выполняют литье каркаса. Когда каркасное литье отвердело, его вынимают из матрицы и дают застыть полностью в помещении с повышенной температурой. Пробельный материал удаляют и заднюю часть очищают. Когда каркасное литье отвердело и усело в своей матрице окончательно (2-3 суток при температуре около 40-50°C ), приклеивают его обратно в матрицу эпоксидной смолой таким образом, чтобы все сочленение было заполнено эпоксидной.

В геометрически простые матрицы можно налить эпоксидную смолу и вдавливать в нее потихоньку каркасную отливку. Когда речь идет о более сложных конфигурациях матриц, швы можно заполнять давлением или вакуумом. Тот же самый метод можно использовать, когда каркасную отливку делают из цемента. В цементной отливке поверхности надо обработать механически, например, шлифуя, что бы можно было отделить цементный слой от поверхности. Это гарантирует лучшее сочленение.




Рис. 13 Каркасное литье нагруженных матриц.

Специальные матрицы – двусторонние

Эти матрицы собирают таким образом, что ту часть, которая будет наружной половиной готового изделия, изготавливают со съемниками, направляющими, рамами, стойками и т.п. Замковые фланцы должны быть на 1 см шире обычного, чтобы можно было формовать обе половинки вместе. Желаемую толщину готовой половинки матрицы получают использованием пробельного материала. Нужная толщина достигается каким-либо из перечисленных способов:

Выклеивание стеклотканью
Матрицу натирают воском и обрабатывают разделительным материалом так же, как и болван. После этого изделие формуют стеклотканью до желаемой толщины.
Этим методом невозможно точно контролировать толщину материала. Внутренние углы остаются слишком толстыми, а наружные - слишком тонкими. После этого поверхность приходится шпаклевать и шлифовать. Этот метод можно использовать лишь тогда, когда требования к толщине материала и качеству поверхности не очень высокие.

Изготовление с помощью половой дорожки
Матрицу очищают и половую дорожку приклеивают к матрице контактным клеем на водной основе. Необходимо размягчить дорожку горячим сжатым воздухом для укладки в вогнутые места матрицы. Нельзя оставлять излишков во внутренних углах, а также натягивать на наружных углах. Если необходимо изготовить несколько слоев, швы нижних слоев можно не заделывать, оставляя между ними зазоры 1-2 мм. Необходимо заполнить швы последнего слоя формовочным воском. Нужно помнить об излишках - они оставляют бугорки на матрице. Существуют также различные ковровые дорожки, от которых разнообразные волоконные поверхности. Если рисунок волокон хотят скопировать на изделие, дорожку необходимо укладывать большими кусками и приклеивать швы аккуратно край к краю.

Точную оснастку, допустимые требования к которой не могут достигаться вышеуказанными методами, необходимо изготавливать с помощью специальных восковых пластин. Использование восковых пластин требует умения и навыков для достижения наружного результата. Используя восковые пластины с высокой точкой плавления, необходимо следовать указаниям изготовителя.





Рис. 14 Изготовление изгибов с помощью половой дорожки во внутренних и на внешних углах.

Когда набрана толщина, поверхность покрывают воском таким же образом, как и болван и изготавливают вторую половинку матрицы. Когда она готова вместе с деталями, рамами и пр., она отвердевала достаточное количество времени, её отделяют, отпиливают общую приформовку на фланце.


Рис. 15 Изготовление двусторонних матриц.

После отделения, пробельный материал удаляют. При использовании контактного клея на поверхности остаются остатки его. На маленьких матрицах их можно скатать вручную. На больших поверхностях очищение лучше всего производить растворителем, например, либо в бензине, либо в керосине намоченными опилками.

ВНИМАНИЕ!
Необходимо использовать защитные перчатки! Если матрица вымыта растворителем, ее надо хорошо промыть водой и моющими веществами. После этого ее необходимо высушить и дать простоять открытой 2-3 суток. После высыхания матрицы ее можно шлифовать и удалить шероховатость с мест стыков пробельного материала.

Специальные матрицы для впрыска

Изготавливая инжекционные матрицы, конструктору, приходится принимать во внимание многие факторы, влияющие на непосредственное функционирования этого метода:

• возможность установки крепежа;
• направления потоков и точки впрыска;
• возможные объемы заполнителей;
• края выжимания и возможные канавки для удаления;
• лишние желобки;
• запирание формы и края сжатия.

Прежде, чем проектировать матрицу, необходимо получить ответы на вышеуказанные вопросы.

Материнскую матрицу изготавливают, как теплостойкую специальную форму, в которой песчаный или из алюминиевых крошек сэндвич. При изготовлении отцовской формы существует множество решений. Одни рекомендуют гибкие отцовские формы, другие - частично гибкие или жесткие. Гибкие отцовские формы можно изготовить как обычные формованные вручную матрицы, но без элементов усиления. Жесткие отцовские формы необходимо изготавливать также, как и материнские с песком или алюминиевой крошкой. При изготовлении замочных краев также существуют различные решения, например, механическое запирание, запирание при помощи отдельного вакуумного канала, телескопические замочные края с уплотнителем и т.д. и т.п.

На прилагаемом рисунке используется телескопический уплотнительный край в вакуумном впрыске. Это уплотнение работает без сложных и дорогих уплотнителей. Пластиковое трубчатое уплотнение легко контролировать в связи с его открытым положением. Вакуумная канавка служит местом сбора излишков полиэстера и является самоочищающейся.



Рис. 16 Вариант решения замочного края



  Хотите перейти в другой раздел?