14.2. Вакуум- и пневмоформование

14.2. Вакуум- и пневмоформование
Метод формования изделий из листовых и пленочных материалов с использовани¬ем перепада давления воздуха с различных сторон заготовки получил в поедемте годы широкое распространение благодаря простоте оснастки, возможности изготовления крупногабаритных изделий и высокой производительности. В отличие от штамповки н колодного формования в Этом случае заготовку из перерабатываемого материала на¬гревают до температуры, соответствующей переходу в высокоэластическое состояние (для аморфных полимеров) или до температуры приближенной к плавлению крис¬таллической фазы (для кристаллизующихся полимеров). Под влиянием создаваемо¬го перепада давления воздуха в заготовке развиваются высокоэластические (обрати¬мые) деформации, которые приобретают стабильный характер в результате быстрого охлаждения соприкасающегося с холодной формой материала.
В зависимости от характера взаимодействия формуемого материала с формой разли¬чают свободное негативное и позитивное формование листовых заготовок (рис. 14.2).
Свободное формование осуществляется без соприкосновения формуемого ма¬териала заготовки с оформляющим инструментом. Его применение ограничено
Рис. U.2. Различные методы формования наделив из листов:// - рааогревэаготовки;^е,г— свободное, негативное, позитивное формование
а) 6) в) г)
изготовлением из прозрачных акрилатов крупногабаритных изделий опальной фор¬мы для обтекателей и световых фонарей с улучшенными оптическими характеристи¬ками. При использовании метода требуется высокая равномерность нагрева заготов¬ки с минимальной разнотолщинностью — в противном случае искажается форма изделия и его оптические характеристики. Кроме того, применение свободного фор¬мования ограничивает и глубину вытяжки.
Негативное формование (формование в матрице) позволяет получать изделия, у которых наружная поверхность соответствует геометрии внутренней поверхности матрицы. Нагретая заготовка вначале деформируется свободно, и ее толщина умень¬шается относительно равномерно, однако после соприкосновения с формой температура Заготовки в этой области резко понижается и дальнейшее деформирование идет нерав¬номерно — толщина стенок и днища оказывается различно)). Значительная разнотол-щинность — один из существенных недостатков негативного метода формования.
Позитивное формование осуществляется на пуансоне; форму внешней поверх¬ности пуансона повторяет внутренняя поверхность изделия. Нагретая заготовка первоначально соприкасается с верхней поверхностью пуансона; деформация этой зоны прекращается, поэтому образующееся днище имеет наибольшую толщину. Вытяжка остальной части заготовки происходит более равномерно, но, как и при не¬гативном формовании, получение изделия большой глубины и с острыми углами затруднительно.
В зависимости от то л шины формуемой заготовки, глубины вытяжки, требова¬ний к воспроизводимости рельефа поверхности при всех методах для создания пе¬репада давлений может использоваться либо вакуум (разрежение) в форме (давле¬ние на заготовку до 0.07-0,085 МПа). либо сжатый воздух (давление до 2,5 МПа). Учитывая широкий ассортимент получаемых методами вакуум- и пневмоформона-ппя изделий, которые могут различаться глубиной вытяжки, геометрией, допусти¬мой разнотолщинностью, сейчас разработано значительное число их разновидно¬стей как для негативного, так н для позитивного формования, Это формование с предварительной механической вытяжкой, когда перед созданием вакуума или по¬дачей давления разогретую заготовку предварительно вытягивают с помощью меха¬нического устройства (толкателя или пуансона); формование с предварительной пневматической вытяжкой, когда для тех же целей спадают в полости формы вакуум пли избыточное давление; формование с предварительной мсхапоппсвматическоЙ вытяжкой заготовки, сочетающей оба приема предварительной вытяжки заготовки. Последний метод позволяет получать изделия с большой' глубиной вытяжки и наи¬большей равномерностью толщины стенок.
Для получения изделий с поднутрениями используют негативное формование в разъемных матрицах, часто — с предварительной вытяжкой заготовки. Метод вакуум-формования также позволяет получать из листовых материалов изделия замкнутой* формы — в этом случае используют две разогретые л истовые заготовки, которые свари¬ваются по контуру изделия бортами формы, а внутренняя полость образуется за счет создания вакуума внутри замкнутой полости формы (рис, 14.3). Наконец, широкое рас¬пространение вакуум-формованне находит для упаковки отдельных изделий, которые помещаются между двумя слоями полимерной пленки и сами исполняют роль формы; для большей жесткости нижний слон материала часто дублируется на подложку.

Рис. W.3. Схема двух гнезд ного вакуум-формования: I 4: 5 - вакуум-камера

кленка гнезда 3:2 - пленка гнеш

Ддя переработки термопластов методами вакуум- и пневмоформования применя¬ются н.ткуум(рормовочныс машины, установки механопневмоформовання. машины хтя непрерывного производства мелкой тары из рулонных материалов (включая аг¬регаты для наполнения и укупорки (рис. 14.4)) и др. Значительная часть машин н установок имеют ручное управление; вместе с тем используются агрегаты как по¬луавтоматического тина, так и работающие по полностью автоматизированной схеме, а также устройства годроформованпн с эластичной мембраной (рис.14.5). Разно¬видностью позитивного метода является формование с помощью толкателя-пуансо¬на (pnc.14.tt). И ряде случаев конструкция агрегата предусматривает получение лис¬твой или пленочной заготовки. Поэтому технология изготовления изделий может меняться в широких пределах. Основные стадии процесса: раскрой и pa.tpf.iKa загото¬вок, их разогрев, (]юрмование изделий, механическая обработка, готовых изделий (вы¬рубка, сверление и др.), сборка, упаковка и транспортировка. В зависимости от (К'обен-шнтей конструкции изделия, оборудования, применяемых материалов часть этапов в конкретных процессах может отсутствовать.
2
I



Рис. 14.5. Схема гидроформонлпня с частичной мембраной: 7 - мембрана; 2 - заготовка; 3 -матрица; 4 — оформляющий выталкиватель

; \ШМШ/Л



Для резки листов на заготовки применяют гильотинные ножницы, раскаленную электриче¬ским током проволоку, ленточные п дисковые ПИЛЫ) а также разнообразные приспособления тина резаков. При механической резке режущий инструмент (пилы, диски, фрезы) необходимо интенсивно охлаждать, а образующиеся ОПИЛКИ (стружку) удалять с помощью отсосов для со¬хранении качественной поверхности листа.
Рис, 14.6. Схема позитивного формо¬вания толкателем-пуансо¬ном: I — заготовкцЗ— при¬жимная ]К1ма; 3 пуансон
Одна из важнейших и наиболее длительная стадия технологического процесса — разогрев за¬готовки. Температурное поле разогретой заготов¬ки должно быть максимально однородным как по ее поверхности, хаки потолпцше;8тозатруд1ш-ется низкой тепло- и температуропроводностью большинства полимеров. Имеете с тем излишне высокая температура поверхности заготовки ведет к термическому разложению полимера и ухуд¬шению era зкенлуатацнонных свойств. ВолыииистВО машин и установок для нненмо- и вакуум-(|юрмования оснашено тепло-радиационными инфракрасными нагревателями; температуру заготовки можно регули¬ровать изменением интенсивности нагрева по зонам и расстояния нагревателя от поверх¬ности листа. Кроме того, нагрев листовых заготовок (особенно большой толщины) можетосуществляться в нагревателях камерного типа или контактным способом с помо¬щью нагреваемых плит. I (аибольшее распространение получи.1! метод контроля темпера¬туры заготовки повремени нагрева. Оптимальное время подбирается нрн предваритель¬ной отработке режима. В целом с повышением ге.чшературы формования механические характеристики готового изделия снижаются, а усадка растет. Вместе с тем повышение температуры способствует более сильной ориентации; поэтому для получения равно¬прочных изделии температуру заготовки повышать все же целесообразно.
Процесс формования истекает с высокой скоростью, которая может регулирова¬ться изменением формующего перепала давления п временем его достижения. При получении сравнительно неглубоких изделий скорость достаточно высока, но должна снижаться С увеличением глубины вытяжки во избежание разрыва заготовки или об¬разования значительной рланотолншшюстн.
На качество изделий и производительность процесса существенно влияет темпе¬ратура формующего инструмента (матрицы, пуансона, прижимных рам), которая должна быть ниже температуры размягчения полимера Излишнее снижение темпе¬ратуры, однако, способствует росту дефектности (морщины, складки), брака (короб¬ление) и усадки; увеличивается доля неотрелаксиронашннх напряжений, которые всегда развиваются в изделии п процессе его формования. Поэтому температура формы не должна быть ниже 50-70 °С, а для ускорения процесса охлаждения и повы¬шения производительности целесообразно использовать дополнительное воздушное охлаждение или охлаждение с помощью искусственного водяного тумана.
На заключительном этапе отформованные заготовки подвергают механической обработке; вырубке из л иста отдельных изделий, зачистке, пробивке (или сверлению) отверстий и г. д. С этой целью используют механические и гидравлические прессы, ножницы, специальные штампы (катодные и горячие), ленточные или дисковые за-чнетнме станки.
Для формования изделий из листовых и пленочных термопластов характерно зна¬чительное количество отходов на различных стадиях процесса (до 30-35 %). Подав¬ляющее большинство их может быть успешно ИСПОЛЬЗОВШЮ ДЛЯ вторичной перера¬ботки при своевременном сборе, измельчении и правильном хранении (в условиях, исключающих загрязнение). Значительные размеры отходов при вырезке заготовок вынуждают предусматривать их предварительное измельчение на ленточных пилах или гильотинных ножницах с последующей грануляцией или дроблением на ротор¬ных измельчителях.