АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

II. Технология пневмо-вакуумного формования изделий из пластмасс

1. Цель работы:

Ознакомиться с технологией изготовления изделий (образцов) методом вакуумформования. Исследовать влияние технологических параметров процесса вакуумформования на качество и свойства полученных изделий. Научиться выбирать оптимальный технологический режим вакуумформования изделий.

2. Основные технологические параметры.

Главными технологическими параметрами метода являются:

(1) - температура формования заготовки (t _з), (2) – время вакуумформования (τ _ф), (3) – время нагрева листа (τ _нагр.), (4) - температура формы (t _ф).

В свою очередь t _з зависит от τ _нагр при постоянстве энергии теплонагревателя.

В основе выбора оптимальной t _з лежит непременное условие деформирования нагретой заготовки в режиме высокоэластической деформации до возможной предельной степени вытяжки (удлинения – ε _р). Последняя величина находится из сопоставления зависимостей напряжения вытяжки, разрывного удлинения и условной деформации (термомеханической) от температуры заготовки, см. рис. 1.

Рис. 1. Зависимость напряжения вытяжки σ
(а), предельной разрывной деформации ε_ρ (б) и
деформации ε (термомеханическая кривая); в) от
температуры для аморфного термопластичного
листа (Т_опт - оптимальная температура)

Усилие деформирования создает перепад давлений (Р₁ – Р₂). Для вакуумного формования эта величина составляет 0,06 – 0,09 МПа (для листов не толще 5 мм), для пневмоформования 0,15 – 2,5 МПа.

Важнейшей характеристикой, определяющей способ формования является относительная глубина вытяжки:

H / W = λ*,

где: H – глубина формы или высота изделия, W – ширина заготовки.

3. Способы формования.

По мере увеличения λ* все способы формования классифицируются следующим образом (от простого –

с λ* _min до сложных – с λ* _max):

а) штампование (термоформование): вытягивание с пуансоном и без него, с центральным толкателем H/W = 1: (3 - 4);

б) пневмоформование: сжатым воздухом, свободным выдуванием, с применением толкателя, с креплением заготовки по контуру;

в) вакуумное формование: негативное в матрице и на пуансоне; свободное H/W = 1:3; с обжатием и охлаждением на пуансоне (в том числе эластичным пуансоном); позитивное в том числе с предварительным механическим натяжением, H/W = 1: 2; с применением толкателя, H/W = 1:1, то же, но толкатель обогреваемый; с предварительной вытяжкой (раздувом) заготовки; с воздушной подушкой между формой и толкателем, H/W = 2:1.

г) пневмо-вакуумное формование: сочетание вакуумирования со сжатым (под давлением) воздухом;

д) комбинированное формование.

Схема некоторых способов приведена на рис. 2.

рис 2. Схемы различных способов формования: а – негативное формование, б – позитивное формование, в – позитивно-негативное формование, г – свободное формование, д – негативное формование с предварительной механической вытяжкой.

Негативный способ обеспечивает точное воспроизведение на наружной поверхности изделия формы и рисунка матрицы; позитивный – на внутренней поверхности изделия формы и рисунка пуансона. Характер разнотолщинности изделия, полученных этими способами, как видно из рис. 2, противоположен. При оформлении изделий сложной конфигурации значительное утолщение наблюдается и в местах резких переходов поверхностей. Негативное и позитивное формование рекомендуется для изготовления изделий, не имеющих острых углов, с отношением глубины к ширине не более 0,5.

Применение предварительной механической или пневматической вытяжки позволяет получать более глубокие изделия и значительно уменьшить их разнотолщинность.

При свободном формовании разнотолщинность, как правило, очень мала. Основной недостаток свободного формования – ограничение конфигурации изделий. Как правило, применяются круглые, овальные и прямоугольные проймы.

В принципе, процесс формования можно вести во всем интервале температур высокоэластического состояния материала. У многих термопластов этот интервал довольно широк. Однако, при изменении температуры нагрева заготовки в пределах указанного интервала свойства и качество изделий могут существенно изменяться. При температурах формования, близких к температуре стеклования, на изделии, особенно на его углах, могут возникать микротрещины в виде участков побеления, уменьшается стабильность размеров изделий при повышенных температурах эксплуатации. При высоких температурах заготовка провисает под собственным весом, что может вызвать при формовании складки на изделии, кроме того, возможна термодеструкция материала, вызывающая изменение цвета изделия, образование пузырей на его поверхности и ухудшение механических свойств последнего.

Для предотвращения образования на изделии складок, морщин и даже местных разрывов, нагрев заготовки следует вести так, чтобы температура по всей её поверхности была максимально одинаковой, для чего большинство вакуумформовочных машин оборудовано позонным регулированием температуры нагревателей (большая мощность на краях нагревателя), а при малых расстояниях от нагревателя до заготовки между ними устанавливается металлический экран. Иногда для перегрева локальных участков заготовки, которым потребуется более высокая степень вытяжки или с целью уменьшения разнотолщинности изделия, применяют экраны, имеющие отверстия соответствующей формы и размеров или фигурные экраны.

Вследствие малой температуропроводности термопластов, поверхность заготовки, обращенная к нагревателю, нагревается значительно быстрее противоположной поверхности, причем разница температур этих поверхностей будет возрастать с увеличением интенсивности обогрева заготовки и её толщины. При неблагоприятных условиях на поверхности, обращенной к нагревателю может начаться разложение материала, в то время как основная его часть ещё не перешла в высокоэластическое состояние. Поэтому мощность нагревателей вакуумформовочных машин обычно не превышает 15 – 20 кВт/м². Продолжительность нагрева заготовки до температуры формования составляет обычно от 50 до 80% длительности всего цикла, она резко возрастает при увеличении толщины заготовки и в значительной мере определяет производительность и экономичность технологического процесса.

В настоящее время наибольшее распространение получил метод контроля температуры по времени прогрева. Это связано с тем, что прямое измерение температуры листовой или плёночной заготовки в производственных условиях связанос существенными трудностями, а предложенные к настоящему времени формулы для расчета оптимального режима и времени прогрева заготовки не дают необходимой для практического использования точности. Метод контроля температур по времени прогрева очень прост и может обеспечивать достаточно хорошие результаты. Однако, необходимо учитывать, что время прогрева, соответствующее оптимальным температурам заготовки сильно зависит от большого числа трудно учитываемых факторов: колебания напряжения в электрической сети, колебания толщины заготовки, температуры окружающего воздуха, наличия в помещении воздушных потоков, изменения цвета и даже оттенка материала.. Поэтому, оптимальное время прогрева, обеспечивающее получение изделия с оптимальным комплексом эксплуатационных свойств, определяется экспериментально для каждого конкретного случая. При определении оптимального времени прогрева заготовки в лабораторных условиях, температура заготовки может непрерывно измеряться при помощи внедренной в неё термопары.

Изменение температуры заготовки в пределах, соответствующих высокоэластическому состоянию позволяет в определенных пределах воздействовать на механические свойства и разнотолщинность изделия. В таблице 1 приведены рекомендуемые температуры заготовок термопластов (t _з) и температуры формующего инструмента

(t _ф).

Таблица 1.

Наиболее подходящими для вакуумного формования материалами являются термопласты с большой вязкостью (ПТР 0,5 г/10 мин.), широким интервалом температур размягчения (полимеры с малой кристалличностью).

Скорость вытяжки заготовки зависит от природы материала, его температуры, толщины заготовки, фориы изделия, степени вытяжки, давления и динамики его изменения. При скоростях деформирования, больше оптимальной, может увеличиться степень утоньшения изделия на углах и изгибах. При малых скоростях деформирования изделие может недооформиться, а в следствии преждевременного застывания, могут появиться трещины. При увеличении толщины изделия скорость вытяжки обычно уменьшают, однако, не меньшее 100 мм/сек.

Толщина (средняя) стенки изделия (δ _и) может быть ориентировочна оценена, исходя из данных по степеням вытяжки в одном (λ ₁) и перпендикулярном ему направлениях (λ ₂):

δ _и = δ ₀ / λ ₁* λ ₂,

где

δ ₀ – исходная толщина заготовки (листа).

λ ₁ = W₁ + 2 H / W₁ λ ₂ = W₂+ 2 H / W₂,

где: W₁ и W₂ – длина заготовки в одном и другом направлениях.

Задание 1.

Установить влияние интенсивности теплового потока нагревателя, толщины и цвета заготовки на кинетику её нагревания и разность температур противоположных по толщине заготовки сторон.

К моменту начала выполнения задания нагреватель должен находиться во включенном состоянии не менее 1 часа.

Интенсивность теплового воздействия на заготовку изменять за счет регулировки расстояния между нагревателем и заготовкой.

Порядок выполнения задания:

1. Упорными винтами настроить заданное расстояние между нагревателем и плоскостью установки заготовки.
2. В прижимную рамку машины установить специальный блок, представляющий собой пластины листового термопласта различной толщины и цвета с вплавленными в противоположные поверхности термопарами.
3. Термопары подключить к термоизмерительному прибору поочереди.
4. Перевести нагреватель в рабочее положение, одновременно включив секундомер.
5. Через каждые 15 сек. производить переключение термопар, записывая показания прибора. При достижении температуры нижней поверхности темного образца верхнего значения температуры формования (см. табл. 1) темный образец экранировать сверху алюминиевой фольгой. При аналогичном нагреве наиболее толстой пластины термопласта нагреватель отвести.
6. дать блоку пластин остыть до комнатной температуры, после чего повторить операции, предусмотренные пунктами 1, 4 – 6 ещё при двух значениях расстояния от нагревателя до полимерных пластин.
7. Построить графики зависимостей:

а) температуры поверхностей пластин и разности температур верхних и нижних поверхностей от времени прогрева при разных расстояниях между нагревателем и пластинами;

б) времени прогрева пластин до средних значений диапазона рекомендуемых температур от их толщины для разных расстояний между нагревателем и пластинами;

в) максимальной и конечной разности температур нижних и верхних поверхностей пластин от их толщины при различных расстояниях между нагревателем и пластинами.

Задание 2.

Установить влияние температуры формования (времени прогрева) на свойства получаемых изделий.

Порядок выполнения задания:

1. На 4 – х листовых термопластичных заготовках из одного и того же полимера начертить квадратную сетку с шагом 10 мм.

2. Из приготовленных заготовок отформовать изделия типа «стакан» при различных временах прогрева (4 значения), соответствующих перекрытию всего диапазона рекомендуемых для данного материала температур формования (см. табл. 1) плюс 20 ^оС в сторону увеличения температуры.

3. Разрезать изделия пополам в направлении экструзии листа (по направлению рисок на листе).

4. Промерить микрометром толщину изделия по половине периметра разреза через 10 мм. Изобразить графически характер изменения толщины изделия по его сечению.

5. Вырезать по 4 образца длиной 30 мм и шириной 10 мм в направлении вдоль и поперек образующей стенок «стакана» отдельно для участков, где направление вытяжки при формовании совпадает с направлением экструзии листа и перпендикулярно ему. Определить степень вытяжки (λ _ср) материала в средней части каждого образца по формуле:

λ _ср = l / l₀, где l₀ и l – расстояние между линиями сетки до формования (l₀ = 10 мм) и после него.

6. Вырезать из исходного листового материала по 4 образца с размерами 30 x 10 мм в направлениях вдоль и поперек направления экструзии.

7. В средней части одного образца каждого типа пп. 5 и 6 на расстоянии 10 мм друг от друга начертить две параллельные линии.

8. Образцы с нанесенными на них линиями поместить в термошкаф, заблаговременно нагретый до температуры, соответствующей минимальному значению диапазона рекомендуемых температур формования (табл. 1.). Образцы должны находиться в средней по высоте и ширине шкафа части на фторопластовой, полиимидной пленках или металлической кювете с тонким слоем силиконового масла или глицерина.

9. После прекращения изменения длины образцов (примерно через 30 – 40 мин.) извлечь их из термошкафа, охладить и точно измерить расстояние между линиями на образцах.

10. Рассчитать степень усадки материала (ε _у) для каждого образца по следующей формуле: ε _у = l₀ / l _i, где l₀ и l _I – расстояния между линиями до и после термообработки.

11. Построить график зависимости ε _у от температуры формования для образцов, вырезанных в разных направлениях и на разных участках формы.

12. На разрывной машине определить разрушающее напряжение при растяжении (σ _р) всех образцов (по 3 образца каждого типа пп. 5 и 6).

13. Построить графики зависимостей σ _р от температуры формования и от ε _у.

Задание 3.

Установить влияние природы полимера на формуемость изделий. Выбрать 2 – 3 типа заготовок из аморфных и кристаллических термопластов (ПС и ПЭТФ, УПС и ПЭТФ, ПС и ПП, ПВХ и УПС и т. п.). Порядок выполнения работ по аналогии с Заданием 2 пп. 1 – 13.

Задание 4.

Установить влияние степени вытяжки на свойства получаемых изделий.

Для этой цели использовать форму с регулируемой высотой или набор однотипных форм различной высоты. Температуру формования задать постоянную (выбрать оптимальную температуру формования по Заданию 2).

Порядок выполнения работ по аналогии с Заданием 2 пп. 1 – 13.

Литература.

1. Основы технологии переработки пластмасс/ под ред. В. Н. Кулезнева и В. К. Гусева. М.: Химия. 2004. изд. 2, с. 484 – 507.

2. Бернхардт Э. Переработка термопластичных материалов/ пер. с англ. под. ред. Г. В. Виноградова. М.: Химия. 1962, с. 501 – 568.

3. Оборудование для переработки пластмасс/ под ред. В. К. Завгороднева. М.: Машиностроение. 1976, с. 225 – 270.

4. Басов Н. И, Ким В. С. и др. Оборудование для производства изделий из термопластов. М.: Машиностроение. 1972, с. 96 – 120.

5. Шварцман П, Иллинг А. Термоформование. Практическое руководство. СП(б): Профессия. 2006, 288 с.

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 1932 | Нарушение авторских прав