Горячее прессование полистирола в слоеные формы...

[Ершов Эдуард]

Решил сюда выложить в доработанном виде то, что писал в свое время на миксе...

Я в свое время (до увлечения латунью) увлеченно разрабатывал прессование в слоеных формах из листового алюминия. Технология позволяет неплохо сделать довольно сложную пространственную отливку. Секрет в том, что форма для каждого "слоя" делается из дюралевого листа БЕЗ ГРАВИРОВАНИЯ В ГЛУБИНУ (я этого делать не умею), а путем сквозного пропиливания дюралевого листа (для этого нужны только сверлилка, лобзик и надфили - и минимум специальных навыков).

Например, я делал боковину тележки для ТЭ-2, задумывавшегося на базе пикошного тепловоза V-110:

Собственно, на фотографии все детали видно, но поясню, из каких деталей она состоит:

А) Рама боковины тележки цельная, отлита деталью толщиной 1.2 мм, на лицевой стороне рельефно выступают призматические направляющие букс и "головки болтов". В тонких местах полистирол не давал нужной прочности, при первом же сходе с рельс боковина рисковала сломаться. Поэтому при литье я закладывал армирующие проволочки в эти места. Эти проволочки потом уходили в толщу полистирола, и глаз их не видит, но прочность возросла многократно. На верхнем снимке запечатлена первая, более простая литая конструкция, т.к. у прототипа сквозь среднюю часть боковины просматривается еще и шкворневая балка. Поэтому я впоследствии доработал форму, добавив еще 3 слоя. Получилась боковина вот такого вида (на фото всякая мелочевка несобрана, просто для проверки вклеил бракованную деталь в поддон тележки).

Б) Буксы отлиты отдельно и вклеены между призматическими направляющими.

В) Надбуксовые балансиры отлиты отдельно с "серьгами", выступающими с изнаночной стороны. Эти серьги при сборке накладываются точно на концы среднего балансира и приклеиваются к нему намертво, защищая тонкие и ажурные балансиры от поломки. На балансирах рельефно отлиты головки валиков. Кроме того, эти балансиры имеют тонкий прилив с изнаночной стороны, прилегающей серединой к раме. Это позволяет при наклеивании балансиров на раму чуть-чуть (с зазором 0,2 мм) приподнять их над рамой, избежав зрительного эффекта "склеености балансира с рамой". Это видно по тени между балансирами и буксами... Получилось весьма ажурно.

Г) Средний балансир (не удивляйтесь - эта деталь была только на первых тепловозах этой серии, и потом была упразднена - на фотках ТЭ-2 я ее никогда не видел, но на заводских чертежах она есть) отлит тонкой деталью, на нем также рельефно отлиты головки валиков. Балансир наклеен серединой на раму, а концами - на "серьги" надбуксовых балансиров.

Д) Центральная рессора отлита с "серьгами" на лицевой стороне, которые позволяют подклеить ее к обратной стороне среднего балансира, и сверху - к раме (шов скрыт под средним балансиром). Получается опять-таки жесткая конструкция, защищенная от поломки и потери деталей...

Е) Пружины по концам надбуксовых балансиров, отлиты одной деталью с "серьгой", идущей к концу балансира, и кронштейном, позволяющим приклеить пружину к раме на нужной высоте. Как видите на первой фотке, "витки" пружины я отливал не "спиральные", а "цилиндрические". Это, конечно, нарушает достоверность, но я так и не придумал технологию литья "спиральной" пружины. Кроме того, на прототипе диаметр такой пружины довольно мал, и пружина почти не видна за широкой серьгой. Я же, наоборот, - в угоду ажурности, - захотел сделать серьгу тонкой, а пружину - хорошо видимой.

Ж) Крышки букс отлиты отдельными плоскими деталями с выступом наверху, скрывающим "пружинный механизм закрывания крышки". По лицевой части крышки в чертежах идет выштамповка в виде прямоугольника со скрыгленными углами, - видна моя небесспорная попытка процарапать ее рельеф...

З) Межрамные скрепления, отлитые со "ступеньками", предназначались для адаптации длины поддона тележки V-110 к длине новой боковины.

Таков состав отливок. Теперь немного о том, как я делал само литье...

Разрисовал сначала тележку на бумаге "в глубину", разделив ее на сборочные группы (литейные детали), а последние - разделил на "слои". Например, для основной детали - рамы боковины - получилось 8 слоев (перечислены ниже). Из соответствующего дюраля выпиливаешь прямоугольники нужного размера. На одном из углов запиливаешь надфилем "ключ" (обыкновенный маленький тругольный пропил, чтобы всегда собирать форму в сэндвич в одном и том же положении пластин). Потом сжимаешь их в пакет и максимально точно и перпендикулярно (в станке, а не ручной дрелью) просверливаешь по углам. Причем в каждом углу нужно сверлить по 2 отверстия (одно - калиброванное с последующим развертыванием 2,0 мм, а второе - менее точное - под винты -3-4 мм). Если пакет длинный, то - помимо углов - полезно добавить дополнительные пары отверстий по длине пакета. Назовем эти отверстия "сборочными", чтобы не путать их с "литейными".

Забегая вперед, скажу, что на калиброванных отверстиях пакет собирается - с применением качественных штырей - я использовал отрезки каких-то особых закаленных гвоздей хорошей геометрии (но можно любые гладкие штыри 2,0 мм), и эти штыри обеспечивают точность совмещения, а в другие отверстия пропускаются сжимающие винты. Но к штырям я пришел не сразу, и сначала собирал просто на винтах, - это видно на фотографиях.

В сборе форма выглядит вот так (гайки не завинчены):

После сверления пакет разбирается, и ведется работа с каждым слоем индивидуально. На этой фотографии виден состав слоев формы:

1) Первый слой - глухая подложка из дюралевого листа по возможности потолще (не менее 3-4 мм, но можно и 8-10мм), она отвечает за равномерное распределение тепла по пресс-форме и за общую жесткость. В ней ничего не выпиливается, только имеются упомянутые выше отверстия. Желательно сделать в ней выемки под головки сборочных винтов и штырей, чтобы форма получала тепло от нагревателя всей нижней поверхностью, без воздушной прослойки из-за торчащих снизу головок винтов.

2) Второй слой - подложечный. На фото его не видно, т.к. он очень туго засел заодно с третьим слоем. На него наклепаны прямоугольнички, формирующие внутренние грани буксовых направляющих. Видно только эти прямоугольнички, проглядывающие сквозь прямоугольные отверстия в слое номер 3. Образуются просветы шириной 0,4мм, в которых и отольются буксовые направляющие. Для клепки использована медная проволока 1мм, головки заклепок потом сошлифованы заподлицо.

3) Третий слой - самый сложный технически. Помимо уже упомянутых прямоугльных окон в нем, на него наклепаны фасонные пластины, образующие внутренний контур боковины. Посередине видно еще одно наслоение, фасонно опиленное в трех плоскостях (формирует лицевую видимую часть шкворневой балки). Этот слой при отливке контактирует с лицевой поверхностью боковины, и любая микроцарапина отпечатывается потом в пластике. Кроме того, эта пластина формирует лицевую сторону боковины тележки, поэтому на ней точно засверливаются зеркальные углубления "головок болтов" и "заклепок". Сверла - 0,5 ... 1,2 мм, иногда приходится перезатачивать на другой угол, чтобы "головки" выглядели натуральнее.

Юрий Меркутов для таких вещей еще изготовил и особые 6-гранные чеканы разных размеров, чтобы легким ударом молотка доводить эти углубления до вида 6-гранных болтов.

4) Четвертый слой - собственно большая боковина тележки - дюралевый лист 1,2 мм. В нем выпиливается лобзиком и потом опиливается надфилем точный контур боковины. Очень важно (и это было моей ошибкой поначалу) не допускать никаких фасок или наклонов надфиля при опиловке контура прорези. Потому что после сборки формы в пакет и отливки полистирол даже под небольшим давлением от руки затекает в фаски и образует внутренние "зубцы" и "утолщения", затрудняя демонтаж формы и извлечение детали.

Взаимодействие 2+3+4 слоев видно на этой фотографии. Хорошо видны заклепки, углубления под отливку будущих "головок болтов". А также выпилы по сторонам, имитирующие головки болтов не только на лицевой стороне, но и на торцах боковины.

5, 6, 7) Эти слои призваны сформировать массивную перемычку сверху донизу на тыльной стороне боковины. Так выглядит для зрителя шкворневая балка. Взаимодействие 4+5+6+7 слоев видно на этой фотографии.

8) Последний слой - глухая крышка - дюралевый лист, имеющий, помимо вышеупомянутых сборочных отверстий, одно-два литейных отверстия 2,5 - 3 мм прямо внутри контура глубже лежащих "пустот" формы. Через эти отверстия в форму "напихивается" полистирол.

Аналогично я изготавливал пакеты для других многослойных деталей: внутренний балансир с серьгами, рессора с серьгами, надбуксовый балансир, букса, крышка буксы, пружина с серьгой, поперечные скрепления тележки, тормозной цилиндр.

Фото формы детали "Б". Видна призматическая "косая" дырка в толстой дюралевой пластине. Круглое отверстие посередине - для отливки тормозного цилиндра...

Фото формы детали "Д". Хорошо видно рифление на одной детали, в котором отпечатывается рисунок рессоры. Рифление "простругано" метчиком.

Фото формы детали "З".



После изготовления и проверки всех деталей формы, я втирал графит от мягкого простого карандаша в поверхности дюраля, контактирующие с полистиролом при литье (во избежание прилипания - хотя практика показала отсутствие этой проблемы - была проблема не "прилипания", а "застревания" из-за неточностей движений надфиля и невольного образования фасок на контурах деталей на пластинах).

Собранный на штырях и плотно сжатый на винтах пакет кладется на эл.плитку или перевернутый утюг, зажатый в тисках. Температурный режим нужен не самый мощный: мне на малом чугунном "блине" э/плитки хватало трех делений из шести. Пока прогревается форма, я в сторонке кусачками крошу полистирол от игрушек или упаковок, делая небольшие гранулы, способные пролезть в литейные отверстия. Одну гранулу пинцетом кладу на форму и наблюдаю за ее поведением: когда ее "поведет" от нагрева - можно начинать.

На руку нужна хотя бы х/б перчатка (от "блина" идет довольно сильный жар). Хвостовиком ПОДХОДЯЩЕГО К ОТВЕРСТИЮ сверла начинаю проталкивать гранулу за гранулой в ОДНО из литейных отверстий. Второе литейное отверстие нужно только на больших деталях, и чаще служит для контроля за наполнением формы (когда "лезет через край"), нежели для питания формы полистиролом. Гранулы, уходя в форму, тут же размягчаются, и до определенного момента сопротивления проталкиванию почти не оказывают. Поскольку объем деталей невелик, то форма заполняется довольно быстро - одной минуты обычно достаточно. С какого-то момента новые гранулы перестают легко уходить вглубь, начинают выпирать назад, или полистирол начинает лезть из второго литейного отверстия. Осталось сильно нажать еще разик на хвостовик сверла (как на поршень), взять форму пинцетом и окунуть в ГОРЯЧУЮ воду. Охлаждение холодной водой у меня почему-то чаще затрудняло выемку из формы, хотя это, возможно, - чисто субъективное впечатление.

Разборка формы обычно проблем не вызывает, если не было вышеописанных фасок на контурах деталей.

Весь этот способ может показаться неоправданно сложным и медленным, но:

1) Во-первых, мне не нужна была большая серия, и малая скорость получения деталей оправдывалась довольно высоким качеством готовых деталей.

2) Исключалось гравирование по металлу, - можно было обойтись минимумом инструментов и приспособлений: тиски, лобзик, сверла, надфили.

3) Не нужен был литейный пресс (хотя - не помешал бы, конечно).

4) Решалась проблема "совмещения половинок формы", потому что как таковых половинок и не было, а дюралевые слои позволяли на каждом этапе видеть ход работы и быть уверенным в правильном совмещении.

5) Решалась проблема разборки формы даже при сложных деталях, так как отдельные слои могут делаться РАЗЪЕМНЫМИ, и помимо снятия пластин со штырей, части некоторых пластин могли еще и выниматься вбок, освобождая деталь.

6) Уменьшалась цена ошибки: при неверном действии инструментом или при ошибке в разметке страдает только один слой, и его изготовить заново гораздо легче, чем сложную цельногравированную форму. Для меня это представляется очень важным фактором.

Все это я делал в 1996-98 г-г. С тех пор стали доступнее станки, а, кроме того, часть слоев можно делать вполтощины травлением металла. Поэтому время от времени возвращаюсь к этому литейному приему и сейчас, только вместо опиливания надфилем фрезерую контур каждого слоя конической пальцевой фрезой с малой коничностью. Это позволяет создать легкий уклон формы в сторону выемки детали, и гарантированно избежать неправильных фасок.

Результат мне нравится, как и сам процесс... Жаль только, что ТЭ-2 остался недоделанным...

На сегодня закончу. Продолжение следует.

[Ершов Эдуард]

Как ни странно, весьма трудно было сделать призматическое окно для литья букс. Стенки формы должны быть строго параллельны, чтобы деталь не заклинивало в форме после остывания. Оказалось очень непросто этого достичь одними только надфилями. Поэтому я, испортив пару заготовок, потратил время на изготовление "протяжки": ободрал кусок стали на наждаке по профилю буксы, нанес на нем риски-шершавости (чтобы он работал подобно напильнику), заузил один конец. Потом в очередной заготовке начерно выпилил надфилями призматическое окно с припуском на обработку 0,3мм, и молоточком потихоньку вбил протяжку в него. Потом вынимал и очищал от опилок и стружек (нанесенные мной риски-шершавости снимали металл). Сначало шло туго, но потом все легче, и наконец протяжка прошла насквозь. Получился профиль более-менее точный и плоско-параллельный.

Вообще в то время были под рукой только примитивные инструменты: наши советские надфили, лобзик, ножик, примитивная сверлилка. Это - главное достоинство способа, как я и написал. Некоторые надфили были сточены на наждаке до более узких размеров. В общем-то, этот способ только кажется трудным, а на самом деле быстро набирается первичный опыт, и можно продвигаться довольно быстро, и со сложными деталями. И делать пробные отливки. Сначала будет много брака. Но каждая последующая деталь будет все совершенней...

[Леха]

Эдуард, можно немного вопросов?

После сверления пакет разбирается, и ведется работа с каждым слоем индивидуально.

Как наносится разметка?! Где берутся точки контрольные?!

калиброванных отверстиях пакет собирается - с применением качественных штырей - я использовал отрезки каких-то особых закаленных гвоздей хорошей геометрии (но можно любые гладкие штыри 2,0 мм), и эти штыри обеспечивают точность совмещения,

эти штыри должны плотно вставляться в основание формы? Основание по толщине - массивное?

Второй слой - подложечный. На фото его не видно, т.к. он очень туго засел заодно с третьим слоем. На него наклепаны прямоугольнички, формирующие внутренние грани буксовых направляющих. Видно только эти прямоугольнички, проглядывающие сквозь прямоугольные отверстия в слое номер 3. Образуются просветы шириной 0,4мм, в которых и отольются буксовые направляющие. Для клепки использована медная проволока 1мм, головки заклепок потом сошлифованы заподлицо.

Интересна технология клёпки... Мой опыт говорит, что при расклёпывании - смещаются детали, которые склёпываются...

[Ершов Эдуард]

>Как наносится разметка?! Где берутся точки контрольные?!

Леха, у меня не было контрольных точек, - я наносил разметку не сразу на ВСЕ пластины, а на каждую ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО: от слоя с большими вырезами к слоям с вырезами поменьше. Как говорила математичка в школе - "реккурентным способом".

Например: на пластине №4 мы имеем самый большой вырез - общий контур боковины. Начинаем с этой пластины: по чертежу переношу контур на металл, выпилил его, обработал контур начисто. После этого присоединяю к пластине №4 пластину №2+3, притягиваю винтами, и сразу видна проекция этого контура на соседнюю пластину. Таким образом - карандашом или чертилкой наношу на пластину №2+3 контуры сопрягаемых деталей, и выпиливаю их. Потом убираю пластину №2+3, и присоединяю с другой стороны пластину №5. Становится видно - где на пластине №5 должны быть вырезы и какой формы. Чертилкой обозначаю места вырезов, разъединяю пластины и выпиливаю окна в пластине №5. И таким образом прохожу все пары пластин, постоянно проверяя взаимные проекции окон при сборке. Не знаю - понятно ли объяснил... Главное - работать от больших вырезов к малым, а не наоборот. И, естесственно, надо заранее обдумать и нарисовать пространственную модель детали и толщины задействованных пластин.

> эти штыри должны плотно вставляться в основание формы? Основание по толщине - массивное?

Основание желательно помассивнее: оно равномернее распределяет тепло на пластмассу, и хорошо противостоит прогибу пакета под нажимом от "хвостовика сверла", что немаловажно. А штыри плотно в него не вставить, ибо при нагреве все равно могут выпасть. На мой взгляд, достаточно просто пройти разверткой отверстия под штыри, - даже если они не будут с натягом сидеть в них, то и болтаться не будут, а это уже дает достаточную точность для хорошего результата. Штырей не обязательно иметь 4 на пакет. Можно обходиться и двумя-тремя, хотя с четырьмя ИМХО точность выше. Еще один вариант: в пластине-основании нарезать резьбу М2 или М2.5 или М3 (в зависимости от того, какие штыри удалось подобрать). Тогда штырям нужно также нарезать резьбовые хвостовики. Но отверстия под резьбу должны быть строго параллельны между собой и перпендикулярны пакету (иначе пакет будет не собрать), и сверлить их от руки, без станка, - нельзя.

> Интересна технология клёпки... Мой опыт говорит, что при расклёпывании - смещаются детали, которые склёпываются...

Ну, Леха, - чудес не бывает. Я клепал осторожно, легким молоточком, контролируя силу и направление ударов... Проволоку заклепочную - медный обмоточный провод (или жилу от кабеля) слегка отжигал на газу - она так мягче. Кроме того, важно точно подбирать диаметр проволоки и отверстий: чем меньше будет люфт, тем точнее будет результат. Детали смещаются, когда проволока болтается по диаметру в отверстии. Также важно правильно отмерять ДЛИНУ проволоки, отрезанной для изготовления заклепки. Я брал ее по формуле "толщина пакета плюс 0,5мм" - а вообще надо приноровиться экспериментально - на кошках - рука быстро набивается. И последнее: не забывать выбирать легкий конический зенк с внешних граней склепываемых отверстий. Ибо медь заклепки должна куда-то оседать, чтобы удерживать детали вместе, и в то же время не выступать шляпкой за пределы плоскости детали. Еще раз напоминаю: ребра и грани склепываемых деталей нельзя повреждать, притуплять, скруглять... Это дает отрицательные углы и поднутрения, и затрудняет демонтаж отлитой детали из формы. Лучше иметь уклоны в правильную сторону.

[Леха]

Не знаю - понятно ли объяснил...

Всё понятно.

и хорошо противостоит прогибу пакета под нажимом от "хвостовика сверла", что немаловажно.

хы.. давить сильно приходится?

и сверлить их от руки, без станка, - нельзя.

Дык появился станок - я и начал подготовку к экспериментам

медный обмоточный провод (или жилу от кабеля) слегка отжигал на газу - она так мягче.

Вот я об этом не подумал...

Эдуард, спасибо!

[Ершов Эдуард]

Леха, давить на сверло приходится не сильно, но пока полистирол не полностью расплавился, то он все-таки сопротивляется. Если подложка тонкая, то пакет все-равно чуть прогибается...

[Леха]

ААААААААААААА!!!!!!!!!!!!!! Я - ЗОЛ!!!!!!!!
Почему меня не кто не предупредил, что форму надо делать в позитиве?! А?!

Неделю пилил, пилил - и нате вам А так то прикольно получается!
Фотик появится - фотки выложу.

[яшкин сергей]

Ребята, я работаю по схожей технологии, только для заполнения формы пластиком использую металлический шпроц и самодельный пресс. Для изготовления форм использую токарный, сверлильный и фрезерный станки. Если их пилить руками ,то геометрию тяжело удержать, хотя и на станке не всегда выходит то что хочеш.
Если есть вопросы, судовольствием отвечу и поделюсь опытом.
Этим способом я пользуюсь почти 11 лет.

[manfred]

Полностью согласен с Вашей технологией. Лет 20 назад подобным образом изготовил пресс-форму для типовой телеги Ханина с роликовыми буксовыми подшипниками, идущей под почти все грузовые вагоны. Для сборки использваны штифты.А вся форма обжимается клиньями во внешней обойме. Отлил для пробы две телеги, но из полиэтилена(никуда не годится для изготовленя моделей-нет нужной жескости и дает большую усадку) -был под рукой , на прессе полуавтомате. Во внешних листах формы напротив осей буксовых крышек сделаны отверствия диаметром о.5 мм для контроля заполнения формы пластмассой.

[manfred]

Типоразмер НО.