Текстурирование пресс-форм
| 
Среди разнообразных способов отделки изделий из полимерных материалов (ПМ) особое место занимает формирование на их поверхности декоративного или функционального рельефного изображения, что требует, в свою очередь, разработки более совершенных и производительных технологий создания изображения-негатива на поверхности формообразующих деталей технологической оснастки. Текстурированная поверхность изделий из ПМ, выполняющая декоративную функцию - имитирующая кожу, древесину, ткань и др., не только красива, но и более экономична в исполнении (не требует высокой чистоты обработки оформляющей поверхности оснастки), а также более практична в эксплуатации по сравнению с гладкой поверхностью, поскольку на ней менее заметны возможные повреждения. Кроме того, часто возникает необходимость формирования на поверхности изделия из ПМ полезной для производителя или потребителя информации в виде, скажем, рельефного (выпуклого или углубленного) изображения логотипа предприятия - производителя, набора букв и (или) цифр (вид ПМ, ГОСТ или ТУ на изделие и др.).
Нанести маркировку или фрагмент текстуры на поверхность изделий из ПМ в принципе можно после их изготовления - путем тиснения гладкой поверхности изделий в контакте, например, с нагретым штампом, имеющим рельефное изображение-негатив. Однако более предпочтительным с точки зрения меньшей трудоемкости и большей универсальности метода является текстурирование поверхности изделий из ПМ непосредственно в процессе их формования - в контакте с рельефной оформляющей поверхностью формообразующих деталей (ФОД) технологической оснастки, так как при этом не требуется дополнительная технологическая операция (тиснение) и можно создавать рельефное изображение на поверхности изделий, изготавливаемых как из термопластичных, так и из термореактивных отвержденных ПМ.
Трудно представить сегодня интерьер автомобиля без деталей из ПМ с декоративной текстурированной поверхностью, которые именно в автомобилестроении получили самое широкое применение. Поэтому в первую очередь на предприятиях автомобильной промышленности (в России это АвтоВАЗ, ГАЗ и АЗЛК) получили наибольшее развитие технологии текстурирования поверхности ФОД литьевых форм в целях последующего формирования изображения - позитива на поверхности изделий из ПМ. Вслед за ними и в других отраслях предприятия - поставщики изделий из ПМ и литьевой оснастки ощутили необходимость в применении этих технологий, которые в настоящее время в той или иной степени освоили девять предприятий России.
В литературе имеется незаслуженно мало информации об этих технологиях. Следует оговориться, что, хотя далее речь идет о создании рельефного изображения на оформляющей поверхности литьевых форм, описываемые технологии принципиально пригодны и для любой другой технологической оснастки - пресс-форм, инжекционно- и экструзионно- выдувных форм, каландров и др. За рубежом эти технологии применяются и совершенствуются многие десятки лет, разработано несколько тысяч всевозможных текстур. Наиболее известна в этой области как в России, так и во многих других странах мира компания Standex.
На большинстве отечественных предприятий технология текстурирования или гравирования рабочих поверхностей ФОД - матрицы, пуансона или оформляющиx знаков - основана на использовании клише как исходного носителя графического изображения.
На начальном этапе процесса на поверхности плоских (как правило) металлических клише создается требуемый рисунок, который с помощью композиции на основе натурального воска в виде оттиска переносится затем на поверхность формообразующихдеталей литьевой формы. Фрагменты рисунка, образованные воском на поверхности ФОД, затем тщательно ретушируются кислотостойкими красками. Таким образом, на рабочей поверхности матрицы образуется так называемая маска - единый рисунок текстуры в соответствии с выбранным клише. Затем матрица, нерабочие поверхности которой изолированы с помощью краски или пленки, погружается в раствор кислоты и подвергается травлению. На незащищенных маской участках поверхности матрицы вытравливаются углубления, которые впоследствии, при литье под давлением изделий из ПМ, образуют на их поверхности выпуклый рельеф заданного рисунка. Варьируя графику клише, глубину травления, а также применяя дополнительную механическую обработку, можно получить большое разнообразие текстур.
За кажущейся относительной простотой процесса скрывается много технологических нюансов. Процессы нанесения маски и травления сопряжены порой с большими практическими трудностями, вызванными сложной конфигурацией поверхности матрицы или маркой сплава, из которого изготовлена ФОД. Большие затруднения для качественного травления создают также следы электроэрозионной обработки, наклеп, образующийся в процессе фрезерования (особенно затупившимися фрезами), и в значительной степениместа наплавки с использованием неправильно выбранных припоев и присадок. Текстурирование и гравирование поверхностей ФОД - во многом кропотливый ручной труд, требующий от исполнителя достаточного опыта и квалификации.
Отечественные производства могут предложить не более нескольких десятков рисунков, тогда как ведущие зарубежные компании - тысячи. Ориентируясь на лучшие зарубежные образцы текстур, дизайнеры интерьера автомобилей нередко предлагают виды рисунков, недоступные пока еще для воспроизведения на имеющейся отечественной базе. Растущие конкуренция и экспансия на российский рынок иностранных производителей литьевой оснастки, особенно из Китая, приводят к тому, что все чаще предприятия автомобильной промышленности, также находящиеся в условиях жесткой конкуренции, заказывают оснастку за рубежом, в том числе и из-за невозможности достижения требуемого качества рельефа поверхности ФОД на собственных производствах.
Каковы же основные недостатки традиционной для России технологии текстурирования и гравирования? Это, во-первых, ограниченный ассортимент клише, а следовательно, и рисунков для их тиснения на поверхности формообразующих деталей форм, вовторых - ограниченные возможности применяемой технологии и морально устаревшие материалы для ее реализации.
Условно все виды рисунков можно разбить на три группы:
рисунки под натуральную кожу, для которой характерно разнообразие рельефных элементов по глубине;
рисунки с мелкой фактурой, когда размер характерного элемента рисунка составляет 30 - 60 мкм (часто такую фактуру сравнивают с речным песком);
рисунки с односложной фактурой, когда рисунок образован различной конфигурацией впадин одной глубины.
Последняя группа рисунков хорошо освоена и применятся достаточно широко. Первая и вторая группы рисунков наиболее востребованы, но в то же время сложны в исполнении. При меняемые устаревшие материалы не обеспечивают получения сплошной прочной маски, когда ее элементы составляют несколько десятков микрометров, для получения текстуры под кожу нужны новые клише и дополнительные технологические приемы. Простое травление уже не может передать всю сложность рисунка кожи.
Трудноразрешимой проблемой является также качественный ремонт износившегося или поврежденного рисунка на поверхности матрицы. И если в том, что касается текстурирования, можно обратиться к помощи зарубежных фирм, то в вопросах ремонта такой путь нерентабелен и, самое главное, неоперативен.
Для решения перечисленных проблем мы обратились к опыту полиграфической и электронной отраслей промышленности, где давно используются, в том числе и для изготовления клише, фотоспособ и фоторезисты - специальные низкомолекулярные органические соединения, полимеризующиеся под действием ультрафиолетового (УФ) излучения. Если на поверхность металла нанести тонкий слой фоторезиста толщиной 30 - 40 мкм, а затем воздействовать на него УФ- излучением сквозь наложенную маску- негатив, то полимеризуются именно засвеченные участки фоторезиста. Затем незасвеченные участки вымываются характерным для фоторезиста растворителем, а засвеченные - образуют прочную кислотостойкую полимерную маску, полностью копирующую негатив. Фоторезистная маска отличается от восковой маски большими прочностью И кислотостойкостью И позволяет с высокой точностью передавать самые разнообразные фактуры и графические изображения. Разрешающая способность современных фоторезистов, применяемых, например, в полиграфии, достигает 50 - 60 мкм.
Задача заключалась в том, чтобы разработать технологию создания кислотостойкой маски не только на плоских (как это принято в полиграфической и электронной отраслях промышленности), но и на пространственно криволинейных поверхностях матриц литьевых форм, в том числе (в случае необходимости) без их разборки и даже без демонтажа с литьевой машины, если речь идет только о ремонте и гравировке.
Использование фоторезистов дало гораздо более широкие возможности в отличие от применения клише. Исходным инструментом, посредством которого можно решить практически все графические задачи, связанные с формированием разнообразных текстур и изображений на поверхности матрицы, становится негатив, создаваемый, в свою очередь, с помощью компьютерной графики, также открывающей широчайшие возможности. Разработанные методики и технологические приемы позволяют формировать различные текстуры как самостоятельно, так и с использованием аналогов образцов текстуры, что особенно важно при ремонтных работах.
Была усовершенствована также операция травления, которая проходит в растворе азотной кислоты. Кислотное травление достаточно гибко и дает возможность получения различных фактур, но, как указывалось выше, весьма требовательно к структуре и состоянию сплава, из которого изготовлена матрица. Иностранные компании часто для изготовления матриц используют специальные сплавы. Отечественные предприятия, не имеющие собственных участков травления, относятся к этим вопросам недостаточно строго, не предъявляя, например, высоких требований к качеству ремонта матриц, проводимого с применением наплавки для устранения дефектов типа трещин или вмятин, которые могут образоваться при эксплуатации литьевых форм или, реже, в процессе изготовления.
Мы попытались применить электрохимическое травление в нейтральных электролитах - растворах солей, результатом чего стали дополнительные технологические возможности. Кроме того, использование локального электрохимического травления позволило выполнить травление матрицы без полного погружения в ванну и даже на отдельных участках обрабатываемой поверхности, включая места наплавки.
Следует заметить, что электрохимическое травление не универсально и в отличие от кислотного травления не позволяет добиться такой же равномерности рельефной текстуры или рисунка по всей рабочей поверхности матрицы. Поэтому оно не может полностью заменить химическое травление. Но его «всеядность», т. е. способность «травить» поверхность любых сплавов, включая нержавеющие стали, или поверхность, имеющую разнородную структуру (например, после наплавки), является его существенным достоинством. Разработано специальное оборудование, с помощью которого электрохимическое травление может производитъся в условиях инструментального цеха. Все это создало хорошие предпосылки и для разработки технологии ремонта текстур непосредственно на производстве изделий из ПМ.
Таким образом, результатом нашей работы стали технологии со значительно более широкими возможностями по сравнению с технологией с использованием клише. Наработанный опыт охватывает весь комплекс вопросов текстурирования: разработку текстуры или повторения аналога текстуры, изготовление опытного образца и собственно текстурирование поверхности любых применяемых сплавов, включая места наплавок.
Весьма удачным оказалось использование разработанных технологий для гравирования различных изображений и текстовой информации на формообразующих деталях литьевых форм и других металлических изделиях.
Фотографическая основа процесса в сочетании с электрохимическим травлением обеспечивает высокопроизводительное получение как векторных, так и растровых изображений, а также текстовой информации на матрице с минимальным размером шрифта, вплоть до 1 мм. Так, процесс создания гравированной надписи из 40 символов глубиной 0,1 мм на пуансоне литьевой формы (непосредственно на литьевой машине), предназначенной для изготовления облицовки двери автомобиля «Рено», занял всего 1,5 ч. Положительные результаты были получены при гравированииповерхности дамасской стали. Разработано и внедряется оборудование для гравирования и глубокой маркировКИ непосредственно металлических изделий, с помощью которого можно всего за 1 мин нанести на их поверхность, например, логотип предприятия. С учетом высокого качества гравированного изображения и невозможности его точного повторения другими способами эта технология может быть применена для защиты литьевых изделий из ПМ от подделки.