При пневматических методах формования изделий такие технологические параметры этих процессов, как текущие значения необходимого для их реализации перепада давления, скорости формования (формообразования) изделия, которое определяется временем, и давление сжатого газа, истекающего в рабочую полость, являются взаимосвязанными.
Реализуемый при формовании изделия текущий рабочий перепад давления определяется эластическими характеристиками полимерного материала, толщиной стенки исходной заготовки, а также развивающимися в процессе её формования в изделие эластическими деформациями. Использование "жестких" полимерных материалов или исходных заготовок, имеющих относительно большую толщину, требует создания и относительно больших перепадов давления, обеспечивающих достаточную проформовку изделия.
При "мягком" материале или тонкостенных заготовках создание высоких скоростей их деформирования может приводить к механическому разрушению (разрыву) последних в процессе формования изделий.
При реализации процессов пневмоформования в замкнутую рабочую полость, как минимум одной из поверхностей которой является поверхность плоской заготовки с находящимся там исходным газом, подают рабочую (сжатую) газовую среду, которая, в общем случае, может и не быть идентична исходной газовой среде. На практике, как правило, исходная и рабочая газовые среды идентичны.
На основании изложенного нетрудно уяснить, что время формообразования изделия определяется не только рабочим перепадом давления, который, в общем случае, зависит от свойств перерабатываемого материала, геометрических параметров исходной заготовки и формуемого изделия, термодинамических параметров используемых газовых сред, а также некоторых конструктивных параметров применяемого оборудования и пневмокоммуникационных систем.
Максимально допустимое время формообразования изделия определяется остыванием заготовки в процессе её деформирования: температура заготовки не должна успеть снизиться до такого уровня, при котором проформовка изделия станет невозможной. Минимальное время формообразования изделия определяется предельно возможными скоростями деформации заготовки, при которых может наступить разрыв материала.
понедельник, 1 июня 2009 г.
ТЕМПЕРАТУРА ТЕРМОФОРМОВАНИЯ
Основными технологическими параметрами, определяющими протекание процессов термоформования изделий из плоских полимерных заготовок и влияющими в конечном итоге на качество готовой продукции, являются: температура используемой заготовки, температура формующего инструмента, рабочий перепад давления при формовании, скорость формования, скорость охлаждения отформованной заготовки, геометрия формуемого изделия, свойства используемого полимерного сырья, свойства и термодинамические параметры рабочих сред и др.
Поскольку процессы переработки полимеров в изделия и детали являются, прежде всего, деформационными, то выбор оптимальной температуры для каждого конкретного метода их переработки должен, учитывая его специфику, основываться на особенностях деформационного поведения используемых материалов.
Если полимерный материал нагреть до температуры, превышающей температуру его стеклования, то он переходит в следующее релаксационное состояние – высокоэластическое, когда появляется подвижность отдельных сегментов макромолекулярной цепи полимера, а материал становится более мягким и эластичным. Однако ещё стабильно существующие в его структуре надмолекулярные образования, например микроблоки, препятствуют относительному смещению молекулярных цепей в целом. Приложение в таком состоянии к полимеру внешней нагрузки приводит к изменению (уменьшению) конфигурационной энтропии состояния макромолекул, которые, "разворачиваясь" из статистического клубка, лишь ориентируются в направлении приложенной нагрузки, при этом тепловое движение звеньев цепи противодействует внешней нагрузке. При снятии нагрузки цепи возвращаются в исходное состояние, а следовательно, высокоэластическая деформация также, как и упругая, является полностью обратимой.
При дальнейшем нагревании полимера выше некоторой температуры, называемой температурой текучести, надмолекулярные образования становятся столь нестабильными, что появляется возможность в относительном смещении цепей макромолекул друг относительно друга при приложении к нему внешней нагрузки. Последнее обстоятельство и обеспечивает течение полимерных сред в этом состоянии, при этом деформации течения являются необратимыми, а само состояние полимера называют вязкотекучим. Особо следует отметить, что деформирование полимеров в вязкотекучем релаксационном состоянии вовсе не означает того, что развивающиеся в них деформации являются исключительно деформациями течения.
В зависимости от режимов и кинематики деформирования, реологических свойств полимерных сред в последних, наряду с деформациями течения, развиваются и высокоэластические деформации определённого уровня.
Поскольку все процессы термоформования предусматривают стадию разогрева заготовки, поверхность которой находится в свободном состоянии, то, чтобы заготовка не имела возможности сильно деформироваться на этой технологической стадии под действием гравитационных сил, её разогрев ведут до момента достижения полимером высокоэластического состояния. Нагревание заготовки до вязкотекучего состояния приводит к её достаточно быстрой гравитационной вытяжке (провисанию) и, как следствие, к невозможности реализации стадии формования изделия. С другой стороны, температура формуемой заготовки не должна находиться вблизи границы стеклообразного и высокоэластического состояний полимера, поскольку при формовании изделия в этом случае возможна неполная его проформовка.
Таким образом, рабочая температура формуемой полимерной заготовки является одним из основных технологических параметров, определяющих реализацию процессов термоформования.
Кроме того, следует отметить важность реализации самого процесса разогрева заготовок. Во-первых, этот процесс достаточно длителен и составляет примерно
50-80% общего времени цикла формования изделия. Во-вторых, разогрев заготовок следует вести так, чтобы температура во всех точках их поверхности в любой момент времени была одинакова. Неравномерный разогрев ведет к неравномерному деформированию заготовки в процессе её формования в изделие и образованию складок на поверхности последнего. В результате неравномерного разогрева на поверхности заготовки могут образовываться отдельные перегретые области, а при формовании в этих областях может произойти разрыв заготовки.
Температура формующего инструмента влияет на процесс охлаждения отформованного изделия. Очевидно, что она должна быть ниже температуры стеклования полимера, иначе достаточного охлаждения заготовки не произойдет, и изделие может потерять свою форму. Также очевидно, что чем ниже температура формующего инструмента, тем быстрее охлаждение и выше производительность формовочного оборудования. Но при очень низкой температуре формующего инструмента на поверхности отформованного изделия появляются пятна переохлаждения, и повышается его склонность к короблению.
Поскольку процессы переработки полимеров в изделия и детали являются, прежде всего, деформационными, то выбор оптимальной температуры для каждого конкретного метода их переработки должен, учитывая его специфику, основываться на особенностях деформационного поведения используемых материалов.
Если полимерный материал нагреть до температуры, превышающей температуру его стеклования, то он переходит в следующее релаксационное состояние – высокоэластическое, когда появляется подвижность отдельных сегментов макромолекулярной цепи полимера, а материал становится более мягким и эластичным. Однако ещё стабильно существующие в его структуре надмолекулярные образования, например микроблоки, препятствуют относительному смещению молекулярных цепей в целом. Приложение в таком состоянии к полимеру внешней нагрузки приводит к изменению (уменьшению) конфигурационной энтропии состояния макромолекул, которые, "разворачиваясь" из статистического клубка, лишь ориентируются в направлении приложенной нагрузки, при этом тепловое движение звеньев цепи противодействует внешней нагрузке. При снятии нагрузки цепи возвращаются в исходное состояние, а следовательно, высокоэластическая деформация также, как и упругая, является полностью обратимой.
При дальнейшем нагревании полимера выше некоторой температуры, называемой температурой текучести, надмолекулярные образования становятся столь нестабильными, что появляется возможность в относительном смещении цепей макромолекул друг относительно друга при приложении к нему внешней нагрузки. Последнее обстоятельство и обеспечивает течение полимерных сред в этом состоянии, при этом деформации течения являются необратимыми, а само состояние полимера называют вязкотекучим. Особо следует отметить, что деформирование полимеров в вязкотекучем релаксационном состоянии вовсе не означает того, что развивающиеся в них деформации являются исключительно деформациями течения.
В зависимости от режимов и кинематики деформирования, реологических свойств полимерных сред в последних, наряду с деформациями течения, развиваются и высокоэластические деформации определённого уровня.
Поскольку все процессы термоформования предусматривают стадию разогрева заготовки, поверхность которой находится в свободном состоянии, то, чтобы заготовка не имела возможности сильно деформироваться на этой технологической стадии под действием гравитационных сил, её разогрев ведут до момента достижения полимером высокоэластического состояния. Нагревание заготовки до вязкотекучего состояния приводит к её достаточно быстрой гравитационной вытяжке (провисанию) и, как следствие, к невозможности реализации стадии формования изделия. С другой стороны, температура формуемой заготовки не должна находиться вблизи границы стеклообразного и высокоэластического состояний полимера, поскольку при формовании изделия в этом случае возможна неполная его проформовка.
Таким образом, рабочая температура формуемой полимерной заготовки является одним из основных технологических параметров, определяющих реализацию процессов термоформования.
Кроме того, следует отметить важность реализации самого процесса разогрева заготовок. Во-первых, этот процесс достаточно длителен и составляет примерно
50-80% общего времени цикла формования изделия. Во-вторых, разогрев заготовок следует вести так, чтобы температура во всех точках их поверхности в любой момент времени была одинакова. Неравномерный разогрев ведет к неравномерному деформированию заготовки в процессе её формования в изделие и образованию складок на поверхности последнего. В результате неравномерного разогрева на поверхности заготовки могут образовываться отдельные перегретые области, а при формовании в этих областях может произойти разрыв заготовки.
Температура формующего инструмента влияет на процесс охлаждения отформованного изделия. Очевидно, что она должна быть ниже температуры стеклования полимера, иначе достаточного охлаждения заготовки не произойдет, и изделие может потерять свою форму. Также очевидно, что чем ниже температура формующего инструмента, тем быстрее охлаждение и выше производительность формовочного оборудования. Но при очень низкой температуре формующего инструмента на поверхности отформованного изделия появляются пятна переохлаждения, и повышается его склонность к короблению.
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ТЕРМОФОРМОВАНИЯ
Осуществление методов термоформования довольно просты: листовую или плёночную полимерную заготовку разогревают до температуры высокоэластического состояния, а затем, деформируя её различными способами, придают последней необходимую форму, фиксация которой осуществляется путём охлаждения формованного изделия.
В зависимости от способа создания движущей силы процесса деформирования заготовки в готовое изделие различают следующие методы термоформования пластмасс:
вакуумный
Пневматический
Гидравлический
Механический
комбинированный.
При вакуум-формовании плоскую заготовку из термопластичного полимерного материала, прижатую по периметру к рабочей камере вакуум-формовочной машины прижимной рамой, сначала с помощью нагревательного устройства разогревают до высокоэластического состояния Затем в полости, образованной поверхностями заготовки и формующей матрицы (илиформующего пуансона), создают разряжение, в результате чего за счет возникающего перепада давления образуется изделие. После охлаждения изделия до температуры его формоустойчивости последнее извлекают из формующего инструмента (снимают с формующего инструмента), предварительно открыв прижимную раму.
Реализация процессов пневмоформования отличается от вакуумного формования только тем, что перепад давления создают за счёт использования в качестве рабочей среды сжатого газа, как правило, сжатого воздуха, с избыточным давлением до 2,5 МПа.
При гидравлическом формовании роль рабочей среды выполняет подогретая жидкость, нагнетаемая насосом под давлением 0,15–2,5 МПа.
Механическое формование (механотермоформование) отличается от процессов пневматического формования тем, что придание плоской разогретой заготовке формы готового изделия осуществляется за счёт её механической вытяжки металлическим пуансоном.
Следует отметить, что современные технологии производства предусматривают и совмещение разных методов формования изделий, например пневмовакуумное, пневмомеханическое и т.п.
Среди всех видов пневмо- и вакуум-формования можно выделить три основных: позитивное, негативное и свободное. При позитивном формовании (формование на пуансоне) внутренняя поверхность изделия в точности воспроизводит форму или рисунок формующего инструмента. Негативное формование (формование в матрице) даёт возможность получать изделия, наружная поверхность которых в точности воспроизводит форму или рисунок внутренней поверхности матрицы. Свободное формование осуществляют в пройме прижимной рамы машины без использования формующего инструмента. Кроме перечисленных основных, существуют и другие разновидности технологических процессов термоформования изделий из плоских полимерных заготовок.
В зависимости от способа создания движущей силы процесса деформирования заготовки в готовое изделие различают следующие методы термоформования пластмасс:
вакуумный
Пневматический
Гидравлический
Механический
комбинированный.
При вакуум-формовании плоскую заготовку из термопластичного полимерного материала, прижатую по периметру к рабочей камере вакуум-формовочной машины прижимной рамой, сначала с помощью нагревательного устройства разогревают до высокоэластического состояния Затем в полости, образованной поверхностями заготовки и формующей матрицы (илиформующего пуансона), создают разряжение, в результате чего за счет возникающего перепада давления образуется изделие. После охлаждения изделия до температуры его формоустойчивости последнее извлекают из формующего инструмента (снимают с формующего инструмента), предварительно открыв прижимную раму.
Реализация процессов пневмоформования отличается от вакуумного формования только тем, что перепад давления создают за счёт использования в качестве рабочей среды сжатого газа, как правило, сжатого воздуха, с избыточным давлением до 2,5 МПа.
При гидравлическом формовании роль рабочей среды выполняет подогретая жидкость, нагнетаемая насосом под давлением 0,15–2,5 МПа.
Механическое формование (механотермоформование) отличается от процессов пневматического формования тем, что придание плоской разогретой заготовке формы готового изделия осуществляется за счёт её механической вытяжки металлическим пуансоном.
Следует отметить, что современные технологии производства предусматривают и совмещение разных методов формования изделий, например пневмовакуумное, пневмомеханическое и т.п.
Среди всех видов пневмо- и вакуум-формования можно выделить три основных: позитивное, негативное и свободное. При позитивном формовании (формование на пуансоне) внутренняя поверхность изделия в точности воспроизводит форму или рисунок формующего инструмента. Негативное формование (формование в матрице) даёт возможность получать изделия, наружная поверхность которых в точности воспроизводит форму или рисунок внутренней поверхности матрицы. Свободное формование осуществляют в пройме прижимной рамы машины без использования формующего инструмента. Кроме перечисленных основных, существуют и другие разновидности технологических процессов термоформования изделий из плоских полимерных заготовок.
Подписаться на:
Комментарии (Atom)