Gépészet | Anyagismeret » Mikó-Csesznok-Kőhalmi - Szilikon öntőminták készítése

SZILIKON ÖNTİMINTÁK KÉSZÍTÉSE Dr. Mikó Balázs1,2, Csesznok Sándor1,3, Kıhalmi Dániel1,4 1: Budapesti Mőszaki Fıiskola, Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar, Anyagtudományi és Gyártástechnológiai Intézet 2: fıiskolai docens, intézetigazgató-helyettes, miko.balazs@bgkbmfhu 3: fıiskolai tanársegéd, CAD-labor vezetı, csesznok.sandor@bgkbmfhu 4. fıiskolai hallgató 1. BEVEZETÉS A gyors prototípus (rapid prototyping, RP) technológiák töretlen fejlıdést mutatnak, egyre újabb eljárások jelennek meg, melyek egyre pontosabb modellek elıállítását teszik lehetıvé, valamint a modellanyagok is egyre bıvülnek [1]. Ezzel párhuzamosan megjelent az igény a kis szériás gyártást lehetıvé tevı gyors szerszámozási (rapid tooling, RT) technikák iránt is. Ezen technikák a gyors prototípus gyártás valamely módszerét felhasználva készítenek öntımintát, mely alkalmas a modell reprodukálására. Öntés során olyan

anyagokat is alkalmazhatunk, melyek RP technológiák esetén nem jöhetnek szóba, így például készíthetünk viaszmintákat precíziós öntés számára (1. ábra) darabra az osztófelületek kialakításával (2. ábra) Bonyolult osztófelületeket és úgynevezett átzárásokat, ahol a két szilikon formafél összeér, célszerő beformázás elıtt preparálni, ezzel is megkönnyítve a forma szétvágását. 1. ábra Precíziós öntés viaszmintája [2] Cikkünkben szilikon öntıminta készítésének egyik módszerét mutatjuk be. Attól függıen, milyen jellegő darabhoz szeretnénk öntıformát készíteni, más-más stratégiát alkalmazhatunk. Dombormővek, érmék, plakettek esetén, ahol az egyik oldalon nincs minta, egyrészes nyitott formát készíthetünk, ahol a sima oldal nem érintkezik a formával. Egyszerő osztású szobrok és ipari alkatrészek esetén kétrészes, két lépésben készülı formát használhatunk, erre mutat példát a cikkünk.

Bonyolult osztás esetén két vagy többrészes formát alkalmazunk, melyet egy lépéses öntéssel készítünk el, majd keményedés után vágjuk több 2. ábra Bonyolult alkatrész szilikonformája [3] 2. SZILIKON A szilikonok alapanyagát, a szilíciumot tiszta állapotban elsıként Berzelius állította elı 1823ban. A szilícium szerves vegyületeinek megismerése a XX. század elsı felében munkálkodó angol kémikus, Kipping nevéhez főzıdik, és a szilikon név is neki köszönhetı. A szilikonok gyártása a második világháború végén kezdıdött el amerikai cégeknél, de 1947ben már Európában is állítottak elı szilikonból készített termékeket, majd az ötvenes évek elején már Magyarországon is. A szilikon név győjtıfogalom, számtalan, egymástól merıben eltérı szerkezető, összegképlető és tulajdonságú vegyületet illetünk ugyanazzal a névvel. Ezekben a vegyületekben azonban van egy közös, a polimer szerkezet

"gerincét" alkotó sziloxán lánc, vagyis a vegyületek alapvázát az egymáshoz kapcsolódó szilícium- és oxigénatomok alkotják. A szilikon öntıanyagok szobahımérsékleten, kondenzációval kikeményedı kétkomponenső szilikongumik, amelyeket kiváló reprodukciós hőség jellemez. Megfelelı anyagváltozat áll rendelkezésre mindenfajta öntıminta készítéséhez, legyen az bármilyen bonyolult, és valamennyi öntıanyag használatához, legyen az viasz, gipsz, beton, öntıgyanta, vagy alacsony hımérsékleten olvadó fémötvözet. Nagyfokú rugalmasságuknak és kiváló nem tapadó képességüknek köszönhetıen a szilikongumik nagyon könnyen leválaszthatóak a modellrıl. Az öntıanyaggal szembeni ellenállóságuk miatt újra és újra felhasználhatóak. Ezek a kiváló tulajdonságok teszik a szilikon anyagokat az öntıminta készítésben nélkülözhetetlenné mind ipari gyártók, mind mővészek, kézmővesek, régészek, makettezık

részére. A kondenzációs kikeményedéső szilikon gumik folyékony katalizátor hozzáadására keményednek. A fazékidı (az az idı, ami az egyes komponensek összekeverése és a szilikon öntése között eltelik) és a kikeményedési idı a katalizátor mennyiségétıl függıen változik. A katalizátor hozzáadható minimum és maximum értéke is meghatározott a különbözı szilikongumi osztályoknál: akár túl sok, akár túl kevés a katalizátor rosszabb tulajdonságú lesz. Elképzelhetı, hogy a kikeményedés egyáltalán nem jön létre. A szilikon sokrétő tulajdonsághalmazt, és sok féle fizikai állapotot megvalósító anyag, amely keveréssel, jó arányú vegyítéssel megvalósítható. A legkülönfélébb állagú és formájú alakok hozhatók létre. A szilikon gyanták egyik fı elınye hogy az egymással reagens anyagok kondenzációja során egy kéreg jön létre a szilikon határán, amely kéreg jó viszkozitású, és kis tapadású. 3.

MODELL ANYAGOK TULAJDONSÁGAI A szilikonforma anyagának meghatározásakor figyelembe kell venni az elkészítendı darab anyagát, illetve méreteit. Minden öntıanyagformaagyag párosítás másképp reagál egymással, ezért érdemes utánajárni a gyártók ajánlásainak. A leggyakrabban alkalmazott modellanyagok a következık: A viaszok nem támadják meg nagymértékben a szilikonból készített öntıformákat. Ezzel együtt viszont, az öntıforma hajlamos bizonyos mennyiségő viaszt magába szívni, ezért viaszlerakódások keletkeznek, amelyek pontatlan reprodukciót eredményezhetnek. Alkoholos lemosással illetve 150°C-os süt ıben való kiolvasztással eltávolíthatjuk ezeket. Öntés elıtt hevítsük az öntıformát a viasz olvadási pontja fölé, ezzel elérhetjük, hogy a viasz az öntıforma felszínén lévı legkisebb részletbe is belefolyjon. Öntıgyanták használata sokszor igen problémás, sok esetben hamar tönkreteszik a formát (lerakódás,

maró hatás, stb.) A forma elımelegítése javíthat a helyzeten. Fontos a megfelelı öntıanyag-formaanyag párosítás. Érdemes egy gyártó egymáshoz ajánlott termékeit választani. A szilikongumi öntıformák alkalmasak olyan fémötvözetekbıl készült öntvények készítésére, melyek alacsony olvadásponttal rendelkeznek (kb. 300°C) A gipsz a szilikon öntıformákat gyakorlatilag alig befolyásolja. A friss öntıformában készült elsı öntvények felszínén kialakulhatnak légbuborékok öntıformának a gipszoldattól való gyenge nedvesedésének köszönhetıen. Ez úgy elızhetı meg, hogy a friss öntıformát bekenjük lágy szappanos vagy mosogatószeres oldattal, esetleg gipszpéppel. Ezt a kezelést néhány öntés után abbahagyhatjuk. Fehér cement, öntött beton, mőkı keverékek alkalmazására alapvetıen ugyanazok a megfontolások érvényesek, mint a gipsz esetén. A szilikon öntıformákat gyakran használják étkezési célra készült

formák elıállítására is pl.: csoki-, marcipán-, vagy fagylaltfigurák készítésére. Az öntıformát minden esetben használat elıtt legalább 4 órán keresztül 200°C-on kell hevíteni, hogy az illó részecskék eltávozzanak. 4. A MINTAKÉSZÍTÉS FOLYAMATA A mintakészítés folyamatát egy konkrét példán keresztül mutatjuk be. A 3 ábra A) képén látható 63,5 mm x 14,9 mm x 15,8 mm mérető alumínium alkatrészt reprodukáltuk. A reprodukálandó alkatrész tanulmányozása után elsı lépésként egy öntıkeretet, formaszekrényt kell készítenünk. A darabot ebben elhelyezve öntjük rá a késıbb öntıformaként szolgáló szilikont. Ennek a keretnek tökéletesen szigeteltnek kell lennie, a szilikon a legkisebb résen át is kijuthat. Méreteinek meghatározásakor figyelembe kell venni, hogy a beöntött szilikon minden oldalról kellıen vastag réteget tudjon alkotni ahhoz, hogy késıbb kiemelve megfelelı merevséggel tartsa a saját formáját.

A keretnek könnyen bonthatónak kell lennie, hogy késıbb a kiöntött forma károsítása nélkül szét tudjuk szedni. A 3. ábra B) képekén a keret anyagául mőanyag (PP) lapok szolgálnak, rögzítésük hıre lágyuló ragasztóval történt. A következı lépés a darab elhelyezése az öntıkeretben. Kétrészes forma készítésénél nagy figyelmet kell fordítani az osztósík elhelyezésére. Esetünkben külön követelmény volt, hogy az osztósík nyoma nem látszódhat a kész darab oldalán. Ezért osztósíkként a darab egyik éle szolgált így az osztás nem „metszette” át az alkatrészt. Miután megterveztük az osztósíkot, gyakorlatban is ki kell alakítani. Bevált módszer erre az öntıkeret aljának gyurmával való kitöltése, amibe a kívánt mélységig bele lehet süllyeszteni a darabunkat. Gyakorlatilag a gyurma felülete képviseli az osztósíkot. Ugyancsak gyurmával lett kitöltve az átmenı furat is, mivel azt a másik

szerszámféllel alakítjuk ki. Kiöntés és megszilárdulás után a gyurma eltávolítható, és megfordítva a szabaddá vált munkadarab részre ráönthetjük a másik felet. 3. ábra A mintakészítés folyamata A darab körül ajánlott illesztı elemeket kialakítani, amelyek késıbb a két formafél összeillesztését segítik. Ez történhet úgy, hogy a gyurmában benyomódásokat hozunk létre. Amennyiben nem használunk gyurma alapot, külön illesztı elemeket kell elhelyezni a darab körül. Végül ha minden el van helyezve, a szilikonnal leöntendı részeket fújjuk be a gyártó ajánlása szerinti formaleválasztóval. A szilikon a legtöbb felületrıl könnyel elválik, erre a lépésre leginkább akkor van szükség, ha már az öntıforma második felét készítjük. Ugyanis az újonnan beöntött anyag elválaszthatatlanul hozzátapad a már megszilárdulthoz. Ezután már következhetne is az elsı öntés, de még el kell készítenünk a megfelelı

keveréket. Az általunk alkalmazott agyagok a T-SILOX cég termékei [4]. Az alapanyag az OXAM V1 és az OXAM katalizátor. Keverési arányuk: az alapanyaghoz 3-5 tömegszázalék katalizátor anyag szükséges. Továbbá tetszés szerint adagolható a keverékhez lágyító (szintén T-SILOX termék, szilikon olaj), amely a megszilárdult anyag keménységét, rugalmasságát határozza meg. Ebbıl 25% került a keverékbe. OXAM V1: piros színő, jól folyó, fokozott hıállósági tulajdonságokkal rendelkezik. Elsısorban elektromos szekrények, kábelvégek kiöntésére használható, de alkalmas alacsony olvadáspontú fémek öntésére is. Ha elkészült a keverékünk, még a fazékidın belül fel kell használnunk. Ezalatt az idı alatt célszerő buborékmentesíteni is, mivel a keverés során keletkezett buborékok hatással lehetnek a kész öntvény felületére. A légbuborékok eltávolításának legjobb módja, ha az anyagot néhány percre vákuum alá

helyezzük szivattyú segítségével. Ennél olcsóbb megoldás, ha a bekevert anyagot vékony sugárban lassan csorgatva, átöntjük egy másik edénybe, vagy közvetlenül a keretbe (3. ábra C) kép) Ennél a módszernél az elvékonyodott „szálban” nem tudnak megmaradni a nagyobb buborékok, azonnal eltávoznak az anyagból. Ügyelni kell rá, hogy a szilikon tökéletesen betöltse a megfelelı részeket, és ne alakuljanak ki további légbuborékok. közben többször ellenırizzük, hogy átereszt-e valahol az öntıkeretünk. A megszilárdulási idı szorosan függ a keverési aránytól, a gyártók részletes tájékoztatást adnak erre vonatkozóan. Általában elmondható, hogy 24 óra várakozás után már biztosan végbement a folyamat, az öntvényünket kiemelhetjük a keretbıl. Gyakorlatban ez a keret lebontásával valósítható meg. Ennél a résznél óvatosan kell eljárni, ugyanis az olcsóbb anyagok könnyen szakadnak. Ha sikerült a mővelet,

szembesülünk az eredménnyel. A D) képeken látható, hogy a szilikon kis mértékben behatolt a darab alá is. Ez a probléma könnyen korrigálható, csak egy éles szikével el kell távolítani a felesleget (E kép). A másik formafél elkészítéséhez ismét szükségünk lesz az öntıkeretre, azért elsı lépésként újra össze kell állítanunk. Ezután az elsı formafelet a benne lévı mesterdarabbal együtt helyezzük az aljára, természetesen úgy, hogy az elızı állapothoz képest az alsó része felül legyen, a furatot kitöltı gyurmát el kell távolytani. Következı lépés a formaleválasztó gondos felvitele. Ez igen fontos mővelet, nélküle nem tudjuk majd szétválasztani a két formafelet. Ha végeztünk, öntsük be a megfelelı mennyiségő szilikont. Szilárdulás után bontsuk szél a forma keretet (3. ábra F) kép), válasszuk szét a két felet Amennyiben a formaleválasztó felvitele megfelelı volt, ez könnyen végrehajtható. A darab

kiemelése után elıállt az öntımintánk (3. ábra G) kép) A kész formánkat most már össze tudjuk illeszteni, és tökéletesen zár. Az öntıanyag bejuttatásához illetve a levegı megfelelı távozásához a megfelelı helyen szikével vágtunk csatornát a kész formába (3. ábra H) kép) A csatornákat a szilikon öntés során is kialakíthatjuk beformázással megfelelı csatorna modell segítségével. Az utolsó lépés a reprodukálás. A két formafelet szorosan rögzítve a tökéletes zárás érdekében a kiválasztott modell anyagot (esetünkben gipszet) beleöntöttük a formába (3. ábra I) kép). Akárcsak a szilikonforma öntésénél, most is fontos a buborékmentesség. A szilárdulási idı leteltével szétszedhetjük a formát, amennyiben szükséges utómunkákat végezhetünk a kész öntvényen (3. ábra J) és K) kép). A 4. ábrán látható gipsz modell ugyan ilyen eljárással készült, de forgásszimmetrikus formaszekrény alkalmazásával.

4. ábra Eredeti motor alkatrész, gipsz modell és öntıminta. 5. ÖSSZEGZÉS A bemutatott eljárással két formafélbıl álló, külön beformázott öntıminták készülhetnek, melyek alkalmasak viasz, gipsz illetve alacsony olvadáspontú fém öntvények készítésére. A jövıben további vizsgálatokat kívánunk végezni az eljárás pontosságával, a forma tartósságával, valamint fém modellanyagok alkalmazásával kapcsolatban. 6. IRODALOM [1] Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János: A polimertechnika alapjai, Mőegyetemi kiadó, Budapest 2003. [2] www.finomontodehu [3] www.cmeriresin [4] www.t-siloxhu