Способ изготовления формообразующих элементов с фактурированной поверхностью

 

Использование: производство деталей из термопластов и штампованных деталей из металлов с декоративной поверхностью. Сущность изобретения: способ состоит из операции изготовления фотошаблона, экспонирования , получения рельефной формы, переноса изображения сданной рельефной формы с использованием кислотостойкой краски на металлическую поверхность и последующего избирательного химического травления этой поверхности. Фотошаблон изготавливают посредством снятия с фактурированной поверхности копии с обратным рельефом из эластомерного материала и последующей отливки с нее фотошаблона из термореактивной полимерной композиции контрастных цветов. Рельефную форму получают из фотополимеризующейся композиции . В качестве эластомерного материала для изготовления копии применяют композиции на основе кремнеорганических каучуков, а в качестве термореактивных полимерных композиций используют связующие на основе эпоксидных смол, отверждаемых отвердителем щелочного типа с контрастными пигментами типа оксида цинка и сажи канальной. 2 з.п. ф-лы.

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4778019/12 (22) 15.11,89 (46) 07,11,92, Бюл, N. 41 (71) Ленинградское конструкторское бюро технологического оснащения (72) О.Н.Лангин, А.С.Мордасов и Л.И.Даурцева (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 392158, кл. С 23 В 7/08, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N 532662, кл. С 25 D 1/10, 1976, Паздерский Н.А. Изготовление прессформ с рельефным рисунком. Пластические массы, 1989, N 6, с. 88-89, (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМООБРАЗУ)ОЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ С ФАКТУРИРОВАННОЙ ПОВЕPXHОСТЬ О (57) Использование: производство деталей из термопластов и штампованных деталей из металлов с декоративной поверхностью.

Сущность изобретения: способ состоит из операций изготовления фатошаблона, эксИзобретение относится к способам изготовления формообразующих элементов технологической оснастки (пресс-форм и штампов) с фактурированной поверхностью, предназначенных для литья деталей из термапластов и штамповки деталей из металлов с декоративной поверхностью.

Известны способы изготовления формообразующих элементов технологической оснастки с фактурированными поверхностями, например, путем гравирования моде„„5U„„177371G Al (я)я В 25 0 1/10; В 29 С 41/38 понированил, получения рельефной формы, переноса изображения с данной рельефной формы с использованием кислотостойкой краски на металлическую поверхность и последующего избирательного химического травления этой поверхности. Фотошаблон изготавливают посредством снятия с фактурированной поверхности копии с обратным рельефом из зластомерного материала и последующей отливки с нее фотошаблана из термареактивной полимерной композиции контрастных цветов. Рельефную форму получают из фотополимеризующейся композиции. В качестве эластомерного материала для изготовления копии применяют композиции на основе кремнеорганических каучуков, а в качестве термореактивных полимерных композиций используют связующие на основе эпаксидных смол, отверждаемых отвердителем щелочного типа с контрастными пигментами типа оксида цинка и сажи канальной. 2 з.п. ф-лы. лей или нанесением на их поверхность лакокрасочного покрытия, образующего узор при термообработке, или получения модели ъ методом вакуум-формования из листового полужесткаго материала АБС вЂ” пластик + поливинилхлорид с тиснением пад "кожу" с последующим гальванопластическим оса;кдением металла на модели с фактурированными поверхностями.

Недостаток известных способов состоит в том, что гравировальные работы требу1773710 ют больших затрат ручного труда рабочих высокой квалификации. и, следовательно, себестоимость оснастки высокая, а при нанесении лакокрасочнаго покрытия, во-первых, искажается размернал точность модели (ввиду неравномерности нанесения и усадки полимерного покрытия), во-вторых, ассортимент получаемых фактур весьма ограничен ("шагрень", "муар", "мороз"), что связано со свойствами полимерного материала давать при термообработке только определенный рисунок. Получение же модели с фактурированной поверхностью методом вакуум-формования также имеет ограничения, т.к. этим способом можно получить рисунок фактуры только из листа, имеющего определенное тиснение, а выпускаютсл такие листы с очень ограниченными рисунками текстур.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения фактурираванной поверхности матриц пресс-форм избирательным травлением рисунка фактуры. Известный способ заключается в том, что изготавливают вычерчиванием на ватмане черно-белый оригинал с рисунком фактуры, а па нему—

20 фотошаблон. Затем на стальную пластину . (как правило, из стали Ст, 40Х термообрабо- 30 танной до HRC>=28-32) наносят слой светочувствительного материала (из жидкого фоторезиста), сушат его и накладывают фотошаблон, после чего экспонируют иэображение рисунка, проявляют необлученные участки (пробельные) и травят водным раствором хлорного железа или азо ой кислоты. На полученное металлическое клише

Н8НосАТ кислатостайкую пасту или краску (смесь высокомолекулярных углеводородов, наполненных сажей), затем на клише накладывают конденсаторную бумагу (толщиной 10 — 12 мкм), пракатывают (на типографском столе) несколько раз и снимают бумагу. Далее бумагу с полученным краскооттиском укладывают па всей поверхности матрицы, после чего производят операцию

"тампонации" тампоном, смоченным в воде, листы бумаги тщательно прижимают к поверхности матрицы до намаканил. Эту one- 50 рацию производят да тех пор, пока бумага не будет отставать от поверхности матрицы пресс-формы. Затем снимают бумагу и на поверхности матриц остаетсл рисунок фактуры эа счет перехода кислотостойкой пасты (краски) с бумаги на эту поверхность, после чего производят травление водным раствором хлорного железа или азотной кислоты (в зависимости от содержания хрома и никеля в стали), Недостатком известного способа является высокая трудоемкость, Согласно способу для получения рисунка фактуры требуется вычертить на ватмане черно-белый оригинал, а затем по нему получить фоташаблон. При этом только вычерчивание оригинала в зависимости от сложности рисунка фактуры составляет 12 — l6 нормо-часов. В рассматриваемом источнике предлагается и другой способ получения фотошаблона — путем нанесения на образец кожи или кожезаменителя краски, контрастной по сравнению с цветом кожи, снятия избытка краски с выступа ощего рельефа и фотографирования образца. Однако этим способам можно получить только рисунки тех фактур, которые есть на выпускаемом фактурированном материале, а ассортимент таких материалов весьма ограничен.

Согласно же каталога образцов фактурированных поверхностей существует 60 видов различных рисунков, Кроме тога, изготовленный таким образом фотооригинал не имеет требуемой контрастности, поэтому при получении фоташаблана па нему приходится несколько раэ переконтачивать и корректировать изображение до требуемой контрастности, что тоже связано с высокой трудоемкостью.

Изготовление металлического клише или рельефной формы также является трудоемкой операцией. Это объясняется тем, что в качестве светочувствительных слоев (защитного рельефа) испольэуютсл кислотостойкие жидкие фоторезисты, которые, Вопервых, являются нетехнологичными ввиду сложной технологии приготовления, нанесения и сушки, во-вторых, они являютсл дефицитными, т.к. выпуск их весьма ограничен по причине возрастающей замены жидких фотореэистов на сухие пленочные.

При изготовлении непосредственно металлических клише (рельефных форм) расходуютсл инструментальные стали, которые при травлении безвозмездна уходят в отходы.

Целью изобретения являетсл снижение трудоемкости изготовления формообразу:ащих элементов с фактурированной поверхностью, Поставленная цель достигается тем, что операцию изготовления фотошаблона осуществляют посредствам снлтил с фактурированной поверхности копии с обратным рельефам иэ эластомерного материала и последующей отливки с ней фотошаблона из термореактивной композиции контрастн ых цветов. Рельефну а форму погуча от из фотополимериэу1ощейсл композиции, а в качестве эластомерного материала для

1773710

55 изготовления копии с обратным рельефом применяют композиции на основе кремнеорганических каучуков, а в качестве термореактивной полимерной композиции контрастных цветов используют связующие на основе эпоксидных смол, отверждаемых отвердителем щелочного типа с контрастными пигментами оксид цинка и сажа канальная.

Цель достигается, т.к. снижается трудоемкость в результате уменьшения числа операций для изготовления формообразующих элементов с фактурированной поверхностью и снижения продолжительности этих операций, а также за счет изготовления эластичных матриц, отливки в них образцов из термореактивной полимерной композиции и получения фотополимерной рельефной формы вместо изготовления черно-белого фотооригинала на ватмане, по нему пленочного фотошаблона и затем металлической рельефной формы по известному способу, Сравнительная трудоемкость изготовления формообразующих элементов с фактурированными поверхностями по предлагаемому способу и прототипу указана в таблице.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем, По эталону-каталогу образцов фактур поверхностей изготовляют негативную копию из эластомерной композиции (матрицу), в которой отливают изтермореактивной полимерной композиции образцы с различными фактурами контрастных цветов (черно-белого). На полученные контрастные образцы, используемые в качестве фотошаблонов, заливается фотополимеризующаяся композиция и производится экспонирование рисунка фактуры (контактным способом), после чего проявляются необлученные участки композиции (пробельные участки}. Фотополимерная композиция, снятая с образца, представляет собой фотополимерную форму, На фотополимерную форму наносят кислотостойкую пасту (краску}, переносят изображение на конденсаторную бумагу, а с нее на формообразующую поверхность технологической оснастки и производят травление азотной кислотой или хлорным железом в пробельных участках изображения.

Указанные признаки отличают предлагаемое техническое решение от прототипа, поэтому считаем, что заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна".

Нам неизвестны технические решения, сходные с заявляемым, поэтому считаем, 5

50 что заявляемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

Пример 1. На матрице пресс-формы, изготовленной механической обработкой металла из стали марки 12ХНЗА, предназначенной для литья корпусных деталей на видеокамеру из АБС пластика марки ПСМД-А, требовалось нанести рисунок фактуры (номер МХ1579 "паутинка" по эталону-каталогу образцов фактур). Эталоны-каталоги образцов фактур представляли собой пластмассовые доски (4 шт.) размером 210х270 мм, на каждой из которых скомпоновано 15 видов фактур (размером 50х65 мм) черного цвета.

После обезжиривания эталона-образца нефрасом марки С2-80/120 или СЗ-80/120 устанавливали опоку, герметизировали ее пластилином и наносили кистью слой облицовочной композиции, состоящей из кремнийорганического каучука марки КЛСЕ-305

Б и вулканизационной системы из тетразтоксилана и дибутилдилауриноксистаниана (катализатор К-1), взятых в соотношении

100:4 мас, ч. Нанесение облицовочного слоя обеспечивало высокое качество формообразующей поверхности, так как при нанесении кистью тонкого слоя композиции исключалось появление в материале воздушных раковин. Количество облицовочных слоев — 2, время между их нанесением 40-50 мин (время желирования слоя). Затем приготавливали эластомерную композицию требуемого качества, того же состава, что и на облицовочную композицию, Приготовленную композицию медленно заливали в опоку тонкой струей, причем за один раз порция заливаемой композиции составляла не более 0,5 кг.

При этом последующую заливку производили только после частичной вулканизации предыдущей порции (через 2,5 — 3.0 ч), Последнюю порцию заливали тонким слоем (5 мм) и на него накладывали перфорированную плиту из винипласта толщиной 10 мм с отверстиями <510 мм, равномерно расположенными по всей поверхности на расстоянии 25 — 30 мм друг от друга.

Перфорированная плита обеспечивала жесткость эластичной матрицы и являлась опорной поверхностью, Эластичная композиция выходила в отверстия, за счет чего достигалось крепление плиты и материала матрицы, а после вулканизации эластомерного материала последний срезался скальпелем заподлицо с плоскостью плиты.

После вулканизации эластомерного материала производили разъем эталона-Образца и эластичной матрицы, Эластичная матрица точно копировала рисунок фактуры эталона-образца. 3 эластичной матрице от1773710 ливали образцы с рисунком фактур из низковязной термореактивной полимерной композиции холодного отверждения следующего состава, мас. ч,:

Смола эпоксидная марки УП-5-132 100

Отвердитель марки УП-5-138 21

Оксид цинка 100 — 150

Залитую композицию вакуумировали при остаточном давлении 133,32 Па в течение 10-15 мин. После отверждения эпоксидной композиции(24 ч при 20 +.5 С) отливку отделяли от эластомерной матрицы. Приготавливали эпоксидную композицию контрастного цвета следующего состава, мас. ч,;

Смола эпоксидная УП-5-132 100

Отвердитель марки УП-5-138 21

Сажа канальная марки П-70 I 5 — 10

Приготовленную композицию (черного цвета) заливали на образец с рисунком фактуры (белого цвета), вакуумировали и избыток композиции убирали ракелем (из синтетического каучука полиуретанового) с выступающих частей рельефа, Таким образом получали образец с рисунком фактуры контрастных цветов, заменяющий в дальнейшем фотошаблон.

На образец с рисунком фактуры наносили тонкий слой вазелинового масла и прикатывали валиком (резиновым) полиэтилентерефталатную пленку (толщиной 10 мм), Затем на подготовленную таким образом подложку фотошаблон устанавливали П-образную ростовую планку толщиной 1,4 мм, предварительно смазанную вазелиновым маслом, и накладывали на нее кварцевое стекло, поверхност;: которого предварительно была смазана иазелиновым маслом и защищена полиэтилентерефталатной пленкой. Элементы формующекопировал ьного пакета фиксировались и закреплялись посредством скоб, шпилек и гаек. В собранный пакет заливали фотополимеризующуюся композицию на основе ненасыщенных полиэфиров (Ликофот-Т22-ТУ29УССР208-87), состоящую из ненасыщенной полиэфирной смолы ПН-37, фотоинициатора-2,2диметокси- -2-фенилацетофенона, фотосенсибилизатора-- нитрозодифениламина, взятых при концентрациях () соответственно;

99,23:0,75:0,02. Затем включали источник

УФ-излучения с длиной волны 320 — 400 нм (лампа ДРГТ-3000) и экспонировали изображение детали контактным способом. Далее разбирали формующекопировальный пакет и проявляли необлученные участки композиции водным раствором (10 г/л) кальцинированной соды. После проявления рельефа поверхности проводили задубливание ее светочувствительного слоя одновременным

5О

УФ-облучением (лампой ЛУФ-80) и термообработкой при температуре 105-115 С.

В результате получали фотополимерное клише (рельефную форму) толщиной 1,4 мм с глубиной рельефа 0,6 — 0,8 мм. Фотополимерную рельефную форму (для придания жесткости) наклеивали на оправку посредством двухсторонней липкой ленты с полиэтилентерефталатной основой. На поверхность фотополимерной формы наносили кислотостойкую пасту следующего состава, мас,,(,; типографская краска 15-25; полизобутилен 13 — 20: церезин 45-55:. парафин 10 — 20: полиэтилен 2 — 5, накладывали конденсаторную бумагу, прикатывали ее валиком, потом бумагу снимали и прижимали со стороны нанесенной краски (краскооттиска с формы) к поверхности матрицы. После отделения бумаги на внутренней (формообразующей) поверхности матрицы получили краскооттиск рисунка фактуры. Затем места. не защищенные кислотостойкой краской травили водным раствором азотной кислоты (концентрацией 41 — 42 n) на глубину

0,04-0,05 мм по времени. В результате применения вышеописанной технологии получили матрицу пресс-формы с фактурированной поверхностью, в которой отливали пластмассовые детали с требуемым рисунком фактуры.

Пример 2. На матрице штампа, изготовленной механической обработкой металла из стали Х12М толщиной 0,5 мм, предназначенной для вытяжки листа требовалось нанести рисунок фактуры (номер

MX1574 — крупная шагрень по эталону-каталогу образцов фактур). Аналогично примеру

1 по эталону-каталогу изготовили негативную копию (эластомерную форму), а в ней пластмассовый образец контрастных,ветов. Затем по образцу изготовили фотополимерную рельефную форму, перенесли рисунок фактуры на матрицу штампа и избирательным травлением (пробельных участков) в водном растворе хлорного железа концентрацией 42 Д получили рисунок фактуры глубиной 0,07 — 0,08 мм. В полученной матрице формовали стальные детали с наружной фактурированной поверхностью.

И пользование предлагаемого способа изготовления формообразующих элементов с фактурированной поверхностью по сравнению с применением существующих способов позволяет снизить трудоемкость изготовления формообразующих элементов технологической оснастки с фактурированной поверхностью, расширить область применения фотополимерных материалов.

При использовании изобретения в отрасли экономический эффект достигается за

1773710

10 ванной поверхности и последующей отливки шаблона из термореактивной полимерной композиции контрастных цветов.

2. Способ по и. 1, отличающийся

5 тем, что рельефную форму получают из фотополимериэующейся композиции.

3. Способ пои. 1, отл ича ю щи и с я тем, что в качестве эластомерного материала для копии с обратным рельефом приме10 няют композиции на основе кремнийорганических каучуков, а в качестве термореактивной полимерной композиции контрастных цветов используют связующие на основе эпоксидных смол, отверждаемых

15 отвердителем щелочного типа, с контрастными пигментами типа оксид цинка и сажи канальной.

Показатель по предлагаемому способу г по прототипу

Вычерчивание черчо-белого оригинала на ватмане

Изготовление фотошаблона по оригиналу

Изготовление металлического клише (рельефной формы), состоя щеее из следующих операций; пескоструйная обработка стальной спастины; обезжиривание; нанесение фоторезиста; сушка фоторезиста; экспонирование; проявление необлученных участков; травление пробельных участков; чистка гравированной пластины

Подготовка поверхности формообразующего элемента

Подготовка клише, нанесение кислотостойкой пасты, прикатывание конденсаторной бумаги

Перенос изображения рисунка фактур с бумаги на поверхность формообразующего элемента

Травление формообразующей поверхности формообразующего элемента

Чистка поверхности формообразующего элемента

Изготовление эластичной матрицы по эталону-каталогу фактур поверхностей

Изготовление образцов с фактурами поверхностей из термореактивной полимерной композиции в эластоме ных мат ицах

1,4

0,1

0,1

0,2

0,2

0,2

0,1

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,2

0,2

0,5

О.? счет снижения трудоемкости изготовления формообразующих элементов с фактурированной поверхностью.

Формула изобретения

1. Способ изготовления формообразующих элементов с фактурированной поверхностью, включающий операции изготовления фотошаблона, экспонирования, получения рельефной формы, переноса изображения с данной рельефной формы с использованием кислотостойкой краски на металлическую поверхность и последующего избирательного химического травления этой поверхности, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости, операцию изготовления фотошаблона осуществляют снятием копии с обратным рельефом из эластомерного материала с фактурироТрудоемкость изготовления, но мо-час

1773710

Продолжение таблиць!

Трудоемкость изготовления, но ма-час

Показатель по прототипу по предлагаемому способу г

Изготовление фотополимерного клише (рельефной формы), состоящее иэ следующих операций; сборка формующекопировального пакета; заливка фотополимеризующейся композиции; экспонирование; разборка формующекопировального пакета; проявление необлученных участков композиции эадубливание фотополимерного клише

Итого:

1,0

0.20

0,15

0,20

0,20

0,1

0,15

3,6

14,8

Составитель Л.Даурцев

Техред М.Моргентал Корректор C. !Оско

Редактор

Заказ 3896 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

*Технологическое время (время непосредственной занятости работника по техпроцессу).