СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕСС-ФОРМ Российский патент 2006 года по МПК C25D1/00 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, где используются методы термической обработки изделий из металлов, нанесение на их поверхность защитных металлических покрытий из газовой фазы при термораспаде металлоорганических соединений (МОС).

Известен способ изготовления пресс-форм, который состоит в шлифовке, полировке и гальваническом хромировании рабочей поверхности [1, 2]. Способ обладает рядом недостатков: большой трудоемкостью, длительностью процесса изготовления, которая увеличивается со сложностью пресс-формы, образованием большого объема отходов, так как в процессе доработки пресс-формы много дефицитного металла уходит в стружку. Гальваническое покрытие, наносимое на рабочую поверхность, является пористым, что сокращает срок службы пресс-формы [3].

Для увеличения срока службы пресс-формы ее рабочую поверхность покрывают карбидом хрома. Известен способ нанесения карбидо-хромовых покрытий и установка для их нанесения на тела вращения (сверла, метчики, фрезы и др.). На этой же установке, этим же способом можно наносить защитное карбидо-хромовое покрытие на рабочую поверхность пресс-форм [4]. Этот способ увеличивает в 1,2-1,5 раза срок службы пресс-формы, но в этом случае необходимо постоянно изготавливать саму пресс-форму и каждый раз шлифовать, полировать и хромировать ее.

В качестве прототипа выбран способ изготовления пресс-форм [5]. Согласно этому способу мастер-модель помещают в вакуумную камеру и наращивают слой никеля толщиной 2-3 мм путем термораспада карбонила никеля в вакууме, затем мастер-модель вместе с нанесенным покрытием эвакуируют из камеры металлизации и наносят конструкционный слой плазменным распылением металла или путем заливки эпоксидной смолой с наполнителем. Затем формообразующую часть отделяют от мастер-модели. Способ обладает рядом преимуществ, а именно снижает трудоемкость, снижает разряд работ, высвобождает высококвалифицированный персонал, экономит дефицитные материалы, высвобождает дефицитные металлрежущие станки, экономит электроэнергию.

Недостатком этого способа является низкая твердость никелевого покрытия, что значительно ограничивает возможность использования пресс-форм с никелевым покрытием для прессования изделий. Известно [6], что никелевое покрытие, полученное путем термораспада карбонила никеля при температуре 300°С, когда наблюдается самая высокая скорость роста и получается самое чистое покрытие с низкой шероховатостью, обладает невысокой твердостью - 250-300 кг/мм². При температуре выше 300°С разложение карбонила никеля в объеме ведет к выделению высокодисперсного никелевого порошка, загрязняющего покрытие, увеличивающего шероховатость и снижающего его твердость до 250 кг/мм² и ниже. При температуре ниже 300°С происходит загрязнение покрытия выделяющимся углеродом и карбидом никеля, увеличение шероховатости и уменьшение класса чистоты, что может приводить к сокращению срока службы пресс-формы. Использование ядовитого соединения (карбонила никеля) удорожает сам процесс нанесения покрытия [7]. Экспериментально установлено, что срок службы пресс-форм с никелевым покрытием значительно сокращается при прессовании изделий из серосодержащей резины и других наполнителей, т.к. при нагревании во время прессования серосодержащая резина образует на поверхности покрытия сульфид, который легко разрушается и приводит к залипанию резины и выходу из строя пресс-формы.

Основной технической задачей является увеличение срока службы пресс-форм и повышение качества прессуемых изделий, упрощение изготовления пресс-форм, увеличение твердости рабочей поверхности, расширение используемых для прессования материалов, улучшение условий труда.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления пресс-форм, состоящем из изготовления мастер-модели, получения металлической копии ее рабочей поверхности, нанесения конструкционного слоя и отделения формообразующей части от мастер-модели, металлическую копию мастер-модели толщиной 1-2 мм изготавливают из меди или никеля, или хрома методом гальванопластики, наносят на нее карбидное покрытие толщиной 25-100 мкм, а конструкционный слой наносят на карбидное покрытие. В качестве конструкционного слоя могут быть использованы любые материалы, температура плавления которых меньше температуры плавления копии мастер-модели.

Экспериментально установлено, что карбидо-хромовое покрытие, полученное при термораспаде хромоорганического соединения "Бархос" (ТУ 6-01-01146-79) в присутствии кислородсодержащих органических соединений, обеспечивает снижение шероховатости в 1,25-1,55 раз, повышает на 1-2 класса чистоту поверхности покрываемых изделий, увеличивает микротвердость поверхности до 1500 кг/мм² [8].

Карбидо-хромовое покрытие, полученное при термораспаде тетраметилкремния, также уменьшает шероховатость и увеличивает микротвердость поверхности до 3000 кг/мм². Если термораспад тетраметилкремния проводить в присутствии парафинового углеводорода (гептана, октана и др.) при соотношении ингредиентов:

Тетраметилкремний95-98 мас.%парафиновый углеводород5-2 мас.%,

карбидо-хромовое покрытие легируется графитом, что уменьшает налипание резины при прессовании.

Способ осуществляется следующим образом. Из любого легкообрабатываемого материала (дерева, алюминия, сплава олова и т.д.) изготавливают мастер-модель, а затем методом гальванопластики [9] получают ее металлическую копию. В качестве материала для получения металлической копии мастер-модели можно использовать медь, хром или никель. На полученную копию наносят карбидное покрытие. В зависимости от поставленной задачи, оно может быть нанесено на металлическую копию мастер-модели как с одной стороны на установке, описанной в работе [10], так и с двух сторон на установке, описанной в работе [11]. Наращивание конструкционного слоя на карбидное покрытие проводится любым из известных методов: плазменным или электродуговым распылением металла или заливкой эпоксидной смолы с наполнителем. Отделение пресс-формы осуществляется путем растворения в кислоте металлической копии мастер-модели.

Пример 1. Медную копию мастер-модели толщиной 1 мм покрывают карбидом хрома при давлении 1·10^-2 мм рт.ст. и температуре 400-420°С путем термораспада смеси, содержащей 99-96 мас.% хромоорганической жидкости "Бархос" и 1-4 мас.% простого эфира многоатомного спирта, например метилового эфира этилен- или диэтиленгликоля [8]. Время термораспада 25 минут. Толщина карбидо-хромового покрытия 25 мкм. Микротвердость карбидо-хромового покрытия 1500 кг/мм³. На медную копию мастер-модели с карбидо-хромовым покрытием, со стороны последнего, наращивают конструкционный слой из алюминия Д-16. После удаления медной копии пресс-форму промывают водой, ацетоном и высушивают. Экспериментально установлено, что для такой пресс-формы количество запрессовок резиновых колец из резины марок ИРП 1354, 2651, 1265, 14к10, 14р15, 1338 до первого залипания в 3-4 раза больше, чем при использовании пресс-форм с никелевым покрытием по прототипу. Прессование проводилось при температуре 170°С.

Пример 2. Никелевую копию мастер-модели толщиной 1,5 мм покрывают карбидом кремния при термораспаде тетраметилкремния. Термораспад проводят в присутствии гептана при следующих соотношениях ингредиентов:

тетраметилкремний95-98 мас.%;гептан2-5 мас.%.

Время термораспада 35 минут, температура термораспада 900°С, толщина карбидо-кремниевого покрытия 100 мкм, микротвердрсть покрытия 3000 кг/см². На никелевую копию мастер-модели с карбидо-хромовым покрытием, со стороны последнего, наращивают конструкционный слой из стали 20. После удаления никелевой копии пресс-форму промывают водой и высушивают. Если концентрация предельного углеводорода будет больше 5 мас.%, то образуется пористое покрытие, увеличивается шероховатость. Если меньше 2 мас.% графит в покрытии не обнаруживается. Для такой пресс-формы количество запрессовок резиновых колец из резины указанных выше марок до первого залипания в 5-7 раз больше, чем при использовании пресс-формы с никелевым покрытием по прототипу.

Пример 3. Медную копию мастер-модели толщиной 2 мм покрывают карбидо-хромовым покрытием аналогично примеру 1. Время нанесения покрытия 30 минут, толщина покрытия 40 мкм, микротвердость покрытия 1600 кг/см². В качестве композиционного материала используют латунь Л-63.

Для такой пресс-формы количество запрессовок резиновых колец из резины указанных выше марок до первого залипания в 2-4 раза больше, чем при использовании пресс-формы с никелевым покрытием по прототипу.

Литература:

1. Владимиров В.М. Изготовление штампов пресс-форм и приспособлений. М., 1970, с.324-342.

2. Бондарев Д.Д. Соколов Б.А. Практикум по металлообработке. М., 1969, с.49-50.

3. Металлизация неметаллических материалов и проблемы промышленной гальванопластики. М., 1990, с.48-55.

4. III Всесоюзное совещание по применению МОС для получения металлических и оксидных покрытий. Тезисы доклада, 1980, с.128.

5. Димант А.Б. Применение МОС для получения неорганических покрытий. М.: Наука, 1986, с.207 (Прототип).

6. Сыркин В. Г. Карбонильные металлы. М., Металлургия, 1978, с.203.

7. Лазарев Н.В., Гадаскина И.Д. Вредные вещества в промышленности. Том III. Л., "Химия", 1977. с.551.

8. Слушков A.M. и др. Парогазовая смесь для нанесения карбидо-хромовых покрытий. Авторское свидетельство №1693898, 1991.

9. Одноралов Н.В., Гальванопластика, Журнал "Сделай сам", М., "Знание", 1990, №2, с.41-62.

10. Слушков A.M. и др. Устройство для нанесения покрытий в вакууме. Авторское свидетельство №1693895, 1991.

11. Слушков A.M. и др. Устройство для нанесения покрытий в вакууме. Авторское свидетельство №1693895, 1992.

Изобретение относится к области машиностроения. Способ изготовления пресс-форм включает изготовление мастер-модели, получение металлической копии ее рабочей поверхности, нанесение конструкционного слоя, отделение формообразующей части от мастер-модели, при этом металлическую копию мастер-модели толщиной 1-2 мм изготавливают из меди или никеля, или хрома методом гальванопластики, наносят на нее карбидное покрытие толщиной 25-100 мкм, а конструкционный слой наносят на карбидное покрытие. Технический результат - увеличение срока службы пресс-форм и повышение качества прессуемых изделий, упрощение изготовления пресс-форм, увеличение твердости рабочей поверхности, расширение используемых для прессования материалов, улучшение условий труда. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления пресс-форм, включающий изготовление мастер-модели, получение металлической копии ее рабочей поверхности, нанесение конструкционного слоя, отделение формообразующей части от мастер-модели, отличающийся тем, что копию мастер-модели толщиной 1-2 мм изготавливают из меди, или никеля, или хрома методом гальванопластики, наносят на нее карбидное покрытие толщиной 25-100 мкм, а конструкционный слой наносят на карбидное покрытие.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбидное покрытие получают при термораспаде хромоорганического соединения "Бархос".3. Способ по п.2, отличающийся тем, что термораспад хромоорганического соединения "Бархос" проводят в присутствии простого эфира многоатомного спирта.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбидное покрытие получают при термораспаде тетраметилкремния.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что карбидокремниевое покрытие легируют графитом путем осуществления термораспада тетраметилкремния в присутствии парафинового углеводорода при следующих соотношениях ингредиентов:

Тетраметилкремний95-98 мас.%Парафиновый углеводород2-5 мас.%