Confecţionarea Matriţelor pentru Realizarea Elementelor de Caroserie Auto din Materiale Compozite Stratificate

În fabricarea automobilelor, materialele compozite polimerice (mase plastice armate) se dovedesc competitive atât sub aspectul preţului cât şi al posibilităţilor de înlocuire şi  completare cu succes a materialelor tradiţionale (metal, ceramică, sticlă etc.). Cea mai mare partea a aplicaţiilor, 56%, îl constituie construcţia elementelor de caroserie auto: aripi, uşi, pavilioane, capote etc.

În funcţie de procedeul de formare adoptat pentru execuţia unui produs sunt necesare următoarele dispozitive de formare:

• matriţă deschisă (la formarea manuală şi la formarea cu sac sub vid);
• matriţă exterioară şi matriţă de închidere (la formarea cu poanson şi matriţă şi la formarea prin injecţie sub vid).

Matriţele destinate fabricaţiei de produse din materiale plastice armate pot fi confecţionate dintr-o mare diversitate de materiale: metalice, materiale plastice armate cu fibre de sticlă, ghips, lemn. Durata de exploatare a matriţelor variază în funcţie de materialul din care sunt confecţionate, de tehnologia de formare aplicată cum şi de solicitările la care este supusă matriţa.

La proiectarea matriţelor trebuie să se ţină seama ca matriţa să nu prezinte raze de curbură prea mici, căutându-se raza de curbură cea mai mare care poate fi tolerată. Trebuie evitate unghiurile ascuţite, pentru că este aproape imposibilă umplerea lor uniformă cu răşină şi fibră de sticlă, ceea ce dă naştere la apariţia punctelor slabe în piesă. Matriţa trebuie să aibă un profil şi o conicitate care să permită extragerea cât mai uşoară a produselor finite.

Execuţia matriţelor din poliesteri armaţi cu fibre de sticlă

Pentru fiecare reper în parte se vor proiecta matriţele corespunzător geometriei piesei ce trebuie realizate şi tehnologiei de execuţie.

Matriţele sunt prevăzute din proiect cu o margine de 10-15 cm. Pentru semimatriţele exterioară şi de inchidere, folosite la formarea sub presiune sau prin injecţia răşinii, marginile se prevăd într-un plan de închidere şi etanşare a celor două matriţe în timpul formării. Execuţia matriţei se face plecând la modelul realizat în prealabil din lemn, aluminiu, ipsos, etc. Se va realiza mai întâi matriţa exterioară după care cea de închidere.

Matriţele se vor executa prin formare manuală din răşină poliesterică armată cu mat de fibre de sticlă. Pentru realizare unor matriţe corespunzătoare este necesar să se asigure o atmosferă de lucru la temperatură constantă de 18-25°C şi o umiditate scăzută sub 70%.

Etapele realizării matriţei:

I. Pregătirea suprafeţelor active ale modelului

Execuţia matriţei din răşină poliesterică armată cu fibre de sticlă se face plecând la modelul realizat în prealabil. Pentru realizarea matriţei se va pregăti o suprafaţă plană pe care se va monta modelul, în vederea realizării marginilor matriţei. După montarea modelului se va face un ultim controlul dimensional  al acesteia. Suprafaţa modelului care va fi copiată de către matriţă, trebuie să fie lustruită cu pastă de lustruit, astfel încât să aibă un aspect neted şi să nu prezinte porozităţi (să fie lucioasă). De calitatea suprafeţei modelului şi de pregătirea acesteia depinde calitatea suprafeţei active a matriţei şi implicit calitatea produselor.

II. Demularea suprafeţei pentru a asigura extragerea modelului din matriţă

Se utilizează un agent de demulare tip ceară care se aplică în minim patru straturi şi se lasă trei ore între straturi pentru uscare. După care se aplică un ultim strat de alcool polivinilic care se lasă să se usuce 15- 20 min.

III. Aplicarea gel-coatului

Pentru realizarea stratului de gel se folosesc gel-coaturi speciale pentru matriţe şi se activează cu peroxizi de calitate în proporţie de max 2% Aplicarea stratului de gel se va realiza prin spreiere în două straturi. Se aplică un strat de gelcoat de grosime cuprinsă între 400-600 ìm, se verifică grosimea stratului aplicat şi se lasă 5 minute pentru ca să iasă aerul, apoi se aplică al doilea strat pe direcţie perpendiculară aplicării primului strat, de grosime cuprinsă între 400-600 ìm, astfel încât grosimea stratului final umed săfie cuprinsă între 800-1000 ìm. Stratul de gel-coat se lasă să polimerizeze între 3 şi 6 ore.

IV. Formarea matriţei

După polimerizarea gel-coatului se aplică un strat de răşină poliesterică. Răşinapoliesterică folosită trebuie să aibă rezistenţă foarte bună la stiren. Stratul de răşină trebuie să fie omogen , fără bule de aer.

Se aplică primul strat de mat de fibre de sticlă M225 (225 g/m2), şi se impregnează manual cu răşină poliesterică, lăsându-se un timp de 20-24 ore să se polimerizeze.

Se aplică un strat de mat de fibre de sticlă M300 (300 g/m2), şi se impregnează manual cu

răşină poliesterică, lăsându-se un timp de 20-24 ore să se polimerizeze.

Se impregnează în acelaşi mod, minim 5 straturi de material de armare din mat de fibre de sticlă M450 (450 g/m2), pentru fiecare strat timpul de polimerizare de 20-24 ore trebuie respectat. La confecţionarea matriţelor este necesar să se obţină o grosime a peretelui de aproximativ 6 mm.

V. Polimerizarea totală

După ultimul strat se lasă un timp de două săptămâni matriţa pe model pentru postpolimerizarea răşinii. Respectarea acestui itinerariu tehnologic este obligatory pentru a asigura matriţei rezistenţă, astfel ca în timpul utilizării, să nu sufere deformări.

VI. Consolidarea matriţei

După maturarea matriţei se face o consolidare a matriţei curanforsări (din lemn, din PAFS sau din ţeavă rectangulară, funcţie de cât de rezistentă se doreşte a fi matricea), care se fixează la exteriorul matriţei cu chituri poliesterice.

Peste ranforsări se aplică încă un strat de mat M 450 şi se impregnează cu răşină. Ultima dată se aplică un strat de răşină protector şi se lasă să polimerizeze.

VII. Extragerea modelului şi finisarea matriţei

După întărire matriţa este extrasă de pe model (decofrare) cu grijă, folosind pene de extracţie flexibile din material plastic, astfel încât suprafaţa activă a matriţei să nu sufere zgârieturi sau defecte de orice natură.

Finisarea matriţei constă în operaţii de decupare a marginilor, de debavurare şi slefuire a lor; prelucrarea găurilor pentru asamblarea elementelor matriţei (atunci când se prevăd suprafeţe de separaţie necesare extragerii pieselor din matriţă).

VIII. Realizarea matriţei de închidere

Matriţa de închidere se va executa prin copiere după matriţa exterioară. Pentru a asigura între cele două matriţe spaţiul de formare având grosimea proiectată se va folosi ceră calibrată. Se îmbracă matriţa exterioară în ceară calibrată iar spaţiile rămase neacoperite se umplu cu plastilină. Pe ceara calibrată şi pe marginea matriţei exterioare se aplică răşina gelcoat şi se formează matriţa de închidere respectând itinerariul tehnologic prezentat pentru realizarea matriţei .

IX. Realizarea canalelor pentru garnituri şi a orificiilor pentru injecţie şi vidare

Pentru matriţele utilizate la procedeul de formarea prin injecţie sub vid sau la procedeul de formare cu sac sub vid, se vor realiza orificiile pentru injecţie şi vidare şi se vor prelucara pringăurire orificiile. Se montează, cu chit poliesteric şi fibră de sticlă, ştuţurile care asigură, după asamblarea matriţei, racordarea la instalaţiile de vid sau/şi de injecţie.

Pe marginea matriţei exterioare, de formare prin injecţie, se prelucrează în planul de separare, două canale. În aceste canale se fixeaxă prin lipire, garnituri de etanşare din cauciuc flexibil pentru vid.

X . Pregătirea suprafeţei active

După realizarea matriţelor, suprafaţa activă a matriţei trebuie finisată progresiv, astfel încât să se asigure în final o suprafaţă lucioasă. Pentru aceasta se vor şlefui suprafeţele în mediu umed cu hârtie abrazivă rezistentă la apă, de granulaţie fină de la300 până la 2000, după care se vor lustrui cu pastă de lustruit.

XII. Tratarea matriţei

După îndepărtarea imperităţilor prin spălare şi uscarea suprafeţelor se aplică pe suprafeţele active ceară demulantă în 4 straturi succesive astfel:

Ceara se aplică cu ajutorul unor lavete din bumbac. Tratarea matriţei se face în scopul asigurării extragerii produselor din matriţă.

Din motive de eficienţă economică, realizarea din poliesteri armaţi cu fibre de sticlă este cea mai avantajoasă pentru realizarea pieselor de serie mijlocie prin tehnologiile de formare manuală, prin injecţie, sub vid şi prin presare uşoară având o durată de exploatare de 1000-3000 de buc/ matriţă.

Confecţionarea cestor matriţe din răşini poliesterice armate cu fibre de sticlă are avantajul unor costuri reduse şi nu necesită o S.D.V.-istică complexă.

Autor: Ş.l. dr. ing. Gabriela-Monica PREDA

Bibliografie:

1. Cognard, Ph., – “Les Applications industrielles des materiaux composites” – Editions du Moniteur;

2. Mihalcu, M. ,- ” Materiale plastice armate ” – Editura Tehnică Bucureşti ,1986;

3. Nistor, D., ş.a., -”Materiale termorigide armate” Editura Tehnică Bucureşti, 1970;

4. Preda, G.M., – “Influenţa factorilor tehnologici asupra calităţii pieselor din materiale composite poliester-fibre de sticlă, utilizate în construcţia automobilelor” – teză de doctorat, Craiova 2000;

sursa: http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S3/32.pdf