Термическое формование состоит из трех этапов: нагревание, формообразование и охлаждение. При воздействии высоких температур (близко 150оС) материал становится эластичным, размягченным и его консистенция напоминает резину. Точные температурные показатели во время обработки напрямую зависят от классификационной категории акрилового стекла. Далее зависимо от методики применяемой обработки материал получает определенную форму за счет специальных приспособлений. После полного этапа охлаждения акрил становится жестким (как был изначально), но уже имеет заданный формовкой вид. Если сформированное изделие из акрила не отвечает требованиям либо его форма вышла неидеальной, то его невозможно опять прогреть до корректировочных показателей или обработать заново. Такие манипуляции нельзя выполнить, если в виде материала для обработок использовалось экструзивное акриловое стекло.
Следует учесть, что полиэтиленовую пленку выполняющую функцию защиты с листового акрила необходимо убрать сразу перед обработкой в противном случае после процессов нагрева его убрать будет очень сложно. Также данная пленка в течение формовки способна разрываться и отслаиваться, что ухудшает и качество обработанного акрила, и его конечный внешний вид.
Оргстекло EX независимо от методики придания формы нуждается в предварительной сушке, способствующей выпариванию впитанной влаги в период хранения. Сушка производится в специальном конвекционном оборудовании (с запуском принудительного кругооборота воздуха) при температурных показателях в 70 – 80 градусов Цельсия. Длительность данной операции составляет менее двух часов на один миллиметр плотности листового сырья.
Нагревание в конвекционном отсеке (камера)
Данный метод относится к сложным, но самым приемлемым способам нагревания полимеров в целом, если при их изготовлении важно получить детали с высокими оптическими свойствами или их толщина составляет больше пяти миллиметров. Эта методика дает возможность производить регулировку температуры нагрева и поддерживать необходимую температуру листов акрила до самой его формовки. Важно учитывать, что работая с листами ПММА EX желательно не воздействовать на них высокими температурами на протяжении длительного времени.
Нагревание инфракрасным излучением
Данная методика имеет свои преимущественные стороны:
низкое температурное сопротивление и за счет этого быстрый набор рабочих параметров;
высокие показатели производительности при произведении нагрева материалов плотностью до пяти миллиметров;
возможность программирования управления рабочих действий благодаря мобильной пластине;
экономичные затраты на установку приборов выполняющих нагрев для небольших и средних по масштабу поверхностей.
Недостатки методики:
за один рабочий цикл можно нагреть лишь одну единицу листа (при использовании не секционных установок);
листы, которые имеют толщину в пять и более миллиметров, нужно прогревать в два этапа производя переворот материала либо использовать устройства с двухсторонним нагревом.
Длительность процесса нагрева
Время нагрева и температура, при которой проводится данная манипуляция напрямую зависят от видовой принадлежности оргстекла (литьевой GS или экструзивный EX) и методики применяемого нагрева.
Различия в поведении разных типов оргстекла в процессе нагрева
При проведении первичного нагрева листового оргстекла происходит его усадка. Такой аспект важно учитывать, выбирая размер заготовочного материала, в особенности, если будущее изделие должно иметь точные размеры. Литое оргстекло усаживается со всех сторон на 2% от стартовых показателей. Экструзивный акрил зависимо от плотности усаживается на 6% в направлении экструзии и на 1% в перпендикулярном направлении.
Из-за таких особенностей при нагреве литого оргстекла температура в разных его местах будет незначительно отличаться (приблизительно в 5 градусов), но это никак не влияет на качество перерабатываемого материала.
А вот обрабатывая экструзивный акрил необходимо следить за равномерностью его нагрева во всех участках. Разница нагрева даже в 5 градусов негативно сказывается на качестве будущего изделия. Возможно появление большого внутреннего напряжения акрила, что ухудшает процесс его обработки. А при плохом закреплении материала и разности температур в течение первичного нагрева возможна деформация.
В печной установке производящей нагрев с горизонтальным расположением EX акрил способен легко приставать к металлу, по этим причинам опорные поверхности должны быть покрытыми тефлоном или силиконом. Изготовленные экструзивной методикой листы склонны провисать, вытягиваться по оси, а иногда и разрушаться. Поэтому оргстекло экструзивного назначения лучше не прогревать в печах с вертикальным расположением.
Длительность формовочного этапа
Затрачиваемое время на непосредственную формовку зависит от природных характеристик материала, условий в которых проводится нагрев и сложности формы будущего изделия. Важную роль в качественном выполнении изделия отыгрывает промежуточный период между забором нагретого листа из печной установки и финишным этапом формовки.
Разница поведения оргстекла разного типа при формовке
Нагревая до 170оС GS стекло нужно приложить немало труда. Но, усилия должны увеличиваться постепенно, по той причине, что резкая большая нагрузка может спровоцировать разрушение материала.
Экструзионное стекло отличается тем, что при приложении небольших усилий сразу наступает его деформирование. По этим причинам данный тип оргстекла используют для выполнения изделий со сложной формой, в которых нужно создать острые края или большой уклон.
Инструменты для формовки
Применяющиеся матрицы и пуансоны для придания формы в термической обработке могут состоять из самых различных материалов – дерево, алюминий, смолы с дополнительными растворами и т.д. С целью предотвращения внутреннего напряжения материала в течение термического формования рекомендуется проводить нагрев инструментов. Для обработки литьевого стекла нагрев должен быть до 70 градусной температуры, а экструзивному стеклу достаточно температуры в 60 градусов.
Простой вид формования поверхностей растяжения
Листовой акриловый материал вырезать нужно учитывая его степь усадки. Прогретый лист выкладывается на форму. С целью предупреждения дефектов в виде царапинок акрил на форме фиксируется полосами из замши или кожзаменителя.
Охлаждение нужно проводить постепенно, защищая изделие от сквозняков.
Термическое формование без растяжения
При изготовлении предметов сферической формы, можно применять устройства в виде рамы или диска с отводом, закрепляющихся на вакуумированной емкости. В процессе данной обработки деталь с выпуклостями не прикасается к внутренним поверхностям формы, поэтому опасности появления отпечатков формы на поверхностных элементах продукции нет. В сочетании с иными методиками этот способ дает возможность производить детали с наличием сложных очертаний.
Для произведения данного процесса нужно иметь самое простое оборудование в состав, которого входит: пластина с отверстием для подводки сжатого воздуха; диффузор препятствующий попаданию холодного воздуха на уже прогретый листовой материал; рама или спецзажимы, чтобы зафиксировать материал на плите.
Втягивание в формообразующий инструмент
Для произведения изделий данной методикой применяют вогнутые полые формы, внешняя стенка которых в полной мере соответствует форменному виду выпускаемой детали. По окончанию процесса нагрева лист плотно фиксируют по краям формы за счет рамки и фланца. В формообразующей емкости возникает вакуумная среда, под воздействием которой лист приобретает необходимую форму.
Формовка в полую форму под воздействием давления
Эта методика сравнительно с втягиванием считается более сложной по той причине, что в ней применяется более высокое давление. Поэтому формы для данной методики должны использоваться из высокопрочных материалов.
Выпускные отверстия, находящиеся в нижней зоне формы служат для отведения воздуха. Чтобы обеспечить полную герметичность и предупредить сдвиг материала оргстекло вплотную прижимается к форме. Для улучшения качественного распределения обрабатываемого материала по формообразующей установке ее стенки смазывают парафином либо маслом. Появление дефектов на поверхности листа зачастую происходит со стороны, касающейся к форме. Та часть сырья, которая контактирует с подаваемым давлением в редких случаях получает повреждения. Зависимо от определенных условий и желаемого внешнего вида полученной продукции формовка под давлением может происходить в негативную или позитивную, полую или монолитную формы.
Выбор прототипа формы зависит от желаемого внешнего вида будущей продукции. Для произведения деталей с простой формой подходят полые емкости для формовки, а для выпуска объемных предметов целесообразным является применение монолитных форм.
Формовка листов акрила фасонным пуансоном
В процессе данной методики пуансон опускается на предварительно нагретый листовой материал и при произведении давления небольшой силы происходит формовка. При этом пуансон имеет форму внутренней поверхности изготавливаемого изделия.
Для того, чтобы увеличить рельефность части негативной формы можно применить нижний пуансон.
Фасонный пуансон может быть представленным в полом, цельном и массивном виде. Формовка других поверхностей осуществляется благодаря напряжению, которое появляется во время охлаждения.
Формовка полой и монолитной формами
Данная методика используется очень редко. Причиной служит то, что при применении указанной методики на изготовленном изделии могут оставаться следы с обеих его сторон.
Втягивание и вакуумная формовка с применением фасонного пуансона
Данная методика зачастую применяется для формовки литого оргстекла, характеризующегося высокими показателями эластичности. В период формовки изначально происходит втягивание материала в полость формы. Далее осуществляется опускание пуансона на уже деформированный акрил. Затем отключается вакуум, и высокоэластичный материал плотно пристает к пуансону.
Вакуумная формовка с предварительной вытяжкой пуансоном
Эта методика используется, когда требуется, чтобы вытяжка листа была произведена в более значительной степени. Сравнительно с предыдущее описанной методикой здесь наблюдается обратный процесс действий. На начальной стадии обработки материал втягивается пуансоном, который имеет форму близкую до будущего изделия. Далее наступает стадия финишной формовки за счет действия вакуумной среды. Изготавливаемая деталь приобретает контуры негативной вакуумной формирующей емкости, приставая к ее стенкам. Главным преимуществом данной методики является то, что до отведения воздуха листовой материал уже немного вытянут, чем обеспечивается равная толщина стенок будущего изделия и исключается разрыв материала в процессе вакуумной формовки.
В указанной методике для создания вакуумной среды и давления применяется одна и та же форменная емкость. По достижению наибольшей степени деформации, которая только возможна под действием вакуума, на втянутый в форму материал опускается пуансон. Далее за счет сжатого воздуха возникает давление, и листовой акрил, включая заранее втянутую его часть, придавливается к пуансону. Эта методика зачастую используется при формовке литого оргстекла благодаря его высоким показателям эластичности.
Деталь, принявшая форму до получения своей стабильности в состоянии фиксации, поддается охлаждению. Данный процесс должен осуществляться постепенно до значений комнатной температуры. В противоположном случае, при резком охлаждении возрастает напряжение внутри изделия и оно деформируется.
ОтжигКак уже упоминалось, в процессе формовки и нагрева материал пребывает в состоянии внутреннего напряжения, что в дальнейшем может спровоцировать появление трещин и снижение прочности. Напряжение можно значительно понизить, если производить обработку теплом при температуре в 60-80оС. Временные затраты на отжиг изделия могут занять от одного до трех часов.
Ознакомление с рекомендациями по проведению термической формовки акрила поможет подобрать самую подходящую методику и правильно выбрать тип оргстекла, предназначенный для конкретного вида обработок.
