Вакуумное формование – процесс создания моделей из заготовок, прогретых до температурных показателей, при которых полимерное сырье превращает в высокоэластичный материал. Давление, нужное для формирования продукции из пластика, возникает за счет воздействия перепадов между наружным воздухом и его разряжением, которое создается в пространстве между обрабатываемым материалом и поверхностью формообразующей установки.
Главная отличительная черта данного метода обработки полимерных материалов состоит в том, что формовка продукции исполняется не из расплавленных веществ, а из заготовок в листовом либо пленочном виде. Разогретые заготовки вплоть до размягченной консистенции преобразовываются в готовые детали, после чего поддаются охлаждению с полным сохранением форм полученных в процессе формования.
С помощью формовочной методики создают изделия самого различного конфигурационного вида. Такая методика является максимально подходящей для мелкосерийного производства, по той причине, что технологическая оснастка намного доступней и ее легче эксплуатировать, чем формы для литья.
Значимыми достоинствами данного способа считаются: высокорентабельный инструмент для формовки, разумная цена на вакуумное формовочное оборудование, вероятность обработки пластиков с наличием множества слоев и пенистой консистенции, а также ресурсов с предварительно нанесенными печатями. Формуя листы с характеристиками высокой вязкости расплава можно изготовить тонкостенные предметы. А вот чтобы изготовить такие модели методикой литья под давлением нужно иметь в наличии гранулята с пониженной вязкостью расплава. Сравнительно невысокие расценки на оборудование дают еще одно превосходство вакуумной методике для изготовления небольшого количества деталей; преимущества формообразования данным методом для выработки больших партий состоит в получении очень тонких показателей граней изделия и высокого уровня выработки вакуум формующего оборудования.
Самые мелкие детали в виде коробок выгоднее всего производить именно вакуумным формованием.
Слабыми сторонами методики являются:
значительная разность толщины стенок продукции, которая обусловливается различной вытяжной степенью;
неосуществимость изготовления изделий со сложной конфигурацией;
необходимо наличие вспомогательных механических воздействий на изделия;
переработка листов с толщиной больше чем 6 мм невозможна;
изготавливая продукцию с необходимостью произведения глубокой вытяжки, в остатке насчитывается огромное количество не израсходованного материала (около 50%).
Обычно данное оборудование способно выпускать изделия с толщиной от 0,05 до 15 миллиметров, а перерабатывая вспененные материалы даже можно выполнить продукцию до 60 миллиметров толщины. Все виды термопластов и даже материалов с аналогичными характерными данными можно переработать термической формовочной методикой. Наиболее применяемыми являются заготовочные листы крупнотоннажных термически обрабатываемых пластиков:
Полистирол с высокой ударной прочностью;
ABS-пластики;
Поливинилхлорид;
Аморфный пластик Полиэтилентерефталат;
Поликарбонаты,
Полиметилметакрилата;
Полиэтилен низкого давления;
Полиэтилен высокий плотности;
Полипропилен (обычно используется в узких производственных масштабах)
При вакуумной обработке четко соблюдаю очередность рабочих действий:
Прогрев полимера осуществляется до температуры, способствующей преобразованию формы, то есть до высоких эластических показателей (для аморфного типа пластиков) или до значений близких к расплавке кристаллической стадии (для кристаллизующихся материалов);
Формовка происходит на специально назначенном оснащении;
Охладительные воздействия производятся до температур, при которых строение уже готовой продукции не способно видоизменяться;
Изделия из формующей установки извлекаются уже с наличием стабильных параметров.
В большей части по окончанию производственного цикла необходимо произвести последующие манипуляции по обработке сформованного изделия.
Создание определенной конфигурации продукции происходит или в высоком эластическом состоянии, или за счет немного высших температурных воздействий для возникновения текучести пластика посредством его растяжения, под влиянием стандартных напряжений. Полимеры способные достигать высокоэластических показателей могут снова поддаваться деформационным процессам, поэтому в отформованных деталях можно наблюдать релаксационные процессуальные изменения. Причем чем больше их скорость, тем выше нужны температуры для эксплуатирования таких полимеров. Релаксационные изменения, проходящие в период формовки вполне способны привести к изменениям модели, особенно при воздействии слишком высоких температурных значений.
«Формоустойчивость» продукции в течение использования обозначается температурой, которая держится во время формовки и вытягиванием листа при формообразовании.
Температурные показатели формующего инструмента должны быть более низкими, чем термические показатели, при которых размягчается пластик. Сильное понижение температуры может вызвать возникновение дефектов, браковку и усадку; повышается степень неотрелаксировавших напряжений; при увеличении градусов формовки, которая станет выше оптимальных требований, появляются следующие нежелательные явления: возникает увеличенная разность толщин стенок изделий. По этим причинам следует регулировать температурные показатели формы, которые не должны быть менее 50-70оС, а для создания более ускоренного процесса охлаждения и повышения производственных возможностей хорошо использовать вспомогательное вентиляционное охлаждение или охлаждение за счет искусственно созданного холодного пара.
Увеличивая вытяжку заготовки при формовке, улучшают его показатели ударной вязкости. Но, одновременно с этим вероятна и усадка самой продукции. Поэтому, рекомендуется обрабатывать объемную продукцию при режимах, которые бы меньше влияли на ориентационные изменения.
На показатели разной толщины прямое влияние имеет и режим скорости формовки. Медленная вытяжка способна значительно охлаждать отдельные участки формуемой продукции, что приводит к большей разности толщин. Ускорение формовки наоборот приводит к выработке изделий с более уравнённой толщиной.
Одной из ключевых и самых длительных стадий является разогревание заготовки. Термические показатели по всей разогретой заготовке должны быть одинаковыми по всей ее площади, но это тяжело воспроизвести по причине пониженной тепловой и температурной проводимости полимеров.
Большая часть оборудования и дополнительных устройств для вакуумного формирования оснащены тепловыми радиационными ИК нагревающими приборами; температурные показатели листа можно корректировать изменениями интенсивности обогрева по участкам и соблюдением определенного расстояния нагревателя от поверхности обрабатываемого полимера. Помимо всего, нагревание листовых материалов (особенно очень плотных) вполне возможно производить в камерных нагревателях или контактной методикой за счет обогреваемых плит. Следует знать, что повышая температурные значения формовки, механические особенности готовой продукции понижаются, а усадка возрастает.
Зависимо от взаимодействия заготовки, которая формуется с формообразующей установкой, различают свободную негативную и позитивную формовку листовых полимеров.
Свободная формовка происходит без наличия непосредственного контакта между материалом, поддающимся обработке с формовочным инструментом. При применении данной методики необходима точная равномерность обогрева материала с низкой вероятностью возникновения разной толщины – иначе форма продукции будет искажена. Помимо этого, свободная формовка имеет лимиты и на создание глубины вытяжки.
Негативная формовка происходит в матричном отделе и дает вероятность получить модели, наружная площадь которых имеет полное соотношение к геометрическим показателям внутренней поверхности матрицы. Разогретая заготовка изначально свободно поддается деформации, и ее показатели толщины постепенно и равномерно уменьшаются. Но, после контакта с формирующим устройством температура пластика в этом участке резко идет на спад, и деформирование становится неравномерным – плотность граней и дна получается разной. Большие различия в разности показателей плотности стенок одной единицы изделия - один из основных недостатков негативной методики формовки.
Позитивная формовка происходит за счет пуансона; модель внешней площади пуансона полностью повторяет внутренняя поверхность изготавливаемой детали. Прогретый пластик изначально контактирует с верхней поверхностью пуансона; деформирование этого участка останавливается, по этой причине дно изделия имеет самую большую плотность. Вытяжка остальных заготовочных участков осуществляется равномерней.
Самыми важными особенностями формы являются глубина и уровень вытяжки, обеспечивающиеся конструкцией формообразующей установки.
Наиболее часто для прогрева заготовочных материалов используют инфракрасные излучатели, которые обеспечивают бесконтактный нагрев. На формовочном оборудовании устанавливаются: керамические ИК нагреватели, кварцевые нагреватели, карбоновые ик лампы и галогенные двуконтактные нагреватели. Уникальность ИК нагрева состоит в быстром нагреве без холодных зон и переплавов. ИК нагреватели гарантирует нагрев заготовочного листа в течении 0,5 - 2 минут. Устройства нагрева представлены в виде комплексной системы нагрева для формовочного стола или же в виде отдельных нагревательных элементов, на замену вышедших из строя.
Главная отличительная черта оснастки с целью данного способа – наличие зазоров в участках перегибов изделия. Такие особенности важны для отвода воздушных масс при вакуумной обработке.
Охлаждение начинается при взаимодействии заготовки со стенками формообразующего инструмента. С целью форсирования данной периода используют обдувание продукта плотным воздухом. Зависимо от методики формовки и конструкционных особенностей формы, охлаждение может быть одно- либо двухсторонним.
Охладительный период зависит от термических показателей формирующего устройства, температурной проводниковой возможности пластика и плотности стенки продукции. Чем ниже температурные показатели охладительной площади, тем меньше занимает времени период охлаждения. При проведении ускоренных охладительных манипуляций возможно коробление продукции. При низких температурных показателях формообразующей установки затрудняется образование выступающих элементов изделия, при высоких температурных воздействиях формы на обрабатываемый материал после его полного изготовления могут возникнуть дефекты. Температурные показатели формы при обработке кристаллизующихся пластиков влияют на быстроту кристаллизации, ее степень, и сказываются на качественности готовой продукции.
Важно понимать, что в течение охладительных процессов возникает усадка продукции из пластика. Забор готовой продукции производится сжатым воздухом либо выталкивающей установкой. На последнем этапе уже сформированные изделия поддают механической доработке.
При формовке деталей из листовых и пленочных термически обрабатываемых пластиков в остатке получается большое количество неизрасходованного материала, который возникает абсолютно в разных периодах выработки и его общий коэффициент составляет около 35%. Большая часть отходов может использоваться как вторсырье, после измельчения с помощью ленточных или гильотинных инструментов. Далее его гранулируют или дробят и затем снова пускают в оборот.
Вакуумное формование в матрицу: полимер размещают в матрице, фиксируют с помощью рамки и подключают нагревательный прибор. После разогрева подключают вакуум. В пространстве между заготовкой и матрицей возникает разрежение и таким образом начинает выполняться формовка. Полимер фиксируется к поверхностям матрицы и начинает остывать. Далее вакуум выключают, а к матрице осуществляют подводку сжатого воздуха, производя, таким образом, выталкивание детали. При формовке в матричном устройстве края пластика получают самую большую плотность стенок, а днище – самую малую. Такая методика используется при формовке многогнездных моделей.
Вакуумное формование с вытяжкой толкателей. Различие этой методики состоит в том, что изначально происходит вытяжка прогретого материала толкателем, а потом формовка в матрицу под воздействием вакуумной среды. Используется эта методика для глубокой пластиковой продукции, когда нужно произвести несущественную разнотолщинность граней используя как одногнездные, так и многогнездных формы.
Вакуумные работы на пуансоне. Заготовку монтируют между двумя прижимами, а далее устанавливают и подключают нагревательные устройства. После прогрева поднимается пуансон и осуществляется подготовительное вытягивание. Пуансон здесь производит еще и функцию толкательного направления. Финишное образование модели проходит под воздействием вакуумной среды. Здесь осуществляется совмещение вытяжки и формовки. Пуансон при данной работе должен иметь высокие температурные показатели, вследствие чего охладительные процессы замедляются. Такая методика широко используется в периоды, когда необходимо выполнить точные внутренние размеры детали. Формируя на пуансоне модель - самая плотная стенка возникает на дне. Используют его для произведения продукции с крупными габаритами в многогнездных формообразующих устройствах.
Формование на пуансоне с предварительным вытягиванием за счет плотного воздуха. Эта методика используется тогда, когда пластик излишне чувствителен к низким температурам. Чтобы в период вытягивания полимер не контактировал с пуансоном, изначально под ним создают давление. Потом в возникшую полусферу вводят пуансон, подключают вакуум и осуществляют финишную формовку детали. Охлаждение производят пуансоном, а также благодаря обдувке наружным воздухом. Зависимо от того, производятся ли все работы в одном положении или заготовка переходит с одного положения на другое, выделяют одно-, двух- и многопозиционное оборудование.
Многопозиционное оборудование бывает: ленточным, барабанным, карусельного вида. Передвижение листа с одной рабочей площади на другую может осуществляться периодически или беспрерывно.
Большая часть вакуумного формовочного оборудования используется для произведения штучных деталей в периодическом порядке. Чтобы изделия имели неограниченную длину, применяются установки барабанного типа с непрерывным действием.
Формирование полимеров с помощью вакуумной методики сравнительно с аналогическими методами имеет много преимуществ. Большое количество видов вакуумного оборудования также выполняет немаловажную роль в произведении определенных изделий. Ведь каждый отдельный вид оборудования имеет свои специфику и направлен на качественную обработку отдельных полимерных материалов.
