Формование изделий из листовых материалов

  Детали сложной формы из листовых термопластичных материалов могут изготавливаться методами штамповки, пневмо- и вакуумформования. При формовании изделий жестким пуансоном в штампе вырезают заготовку определенного размера, разогревают ее до пластического состояния, укладывают в матрицу и деформируют пуансоном. Изделие выдерживается в штампе под давлением и отверждается до потери пластичности (рис.3.31, б).

Формование деталей с большой степенью вытяжки произво­ди жестким пуансоном с протяженным кольцом (рис.3.31, а).

 

 

Разогретую заготовку располагают на протяжном кольце, для исключения образования гофров прижимают прижимным коль­цом и деформируют пуансоном. Этим методом изготавливают де­тали из таких материалов, как полиметилметакрилат (оргстекло), винипласт и др.

Для получения изделий сравнительно большого размера из термопластов используют методы пиевмо- и вакуумоформования. Различают негативный, позитивный, свободный и комбинирован­ные методы пневмоформования.

При негативном формовании разогретый до пластичного со­стояния лист располагается между двумя половинами герметич­ной формы, нижняя половина которой имеет рельеф, соответст­вующий форме детали. Под воздействием давления, создаваемого в верхней половине формы, лист прогибается, плотно огибая нижнюю часть формы, приобретая соответствующий рельеф (рис.3.32, а).

При позитивном формовании в формовочную камеру уста­навливается выпуклый оформляющий пуансон, форма и рельеф которого воспроизводят внутреннюю поверхность изделия. Формование на выпукло-вогнутых пуансонах называется негативно-позитивным.

 

 

Для получения изделий с высокими оптическими свойствами применяют бесконтактный метод свободного формования. Предварительно нагретая заготовка укрепляется над рамой с соответствующей формой отверстия. Под давлением происходит вытяжка заготовки до нужных геометрических размеров без меха­нического контакта с формующими инструментами. Для создания оптимальных условий формообразования необходим подогрев инструмента (табл. 3.18)

 

 

 

 

|При вакуум-формовании вместо давления в верхней части фирмы, как это делалось в предыдущем случае, создается разряжение в нижней части формы, в результате чего лист плотно облегает ее (рис.3.32, б). Возможно применение нагрева листа непосредственно в форме.

Форма для пневмоформования с резиновой мембраной показана рис3.33. Разогретую заготовку 3 укладывают на матрицу 5, находящуюся в обойме 4, и покрывают эластичной резиновой мембраной 2. На обойму опускается пневмокамера 1. Создается давление 200-300 кПа, которое и формует изделие через резино вую мембрану. Этим методом можно получать детали, имеющие отверстия или рельеф на поверхности. Применяют такую технологию в основном для изготовления деталей с неглубокой вытяж­кой и небольшими партиями.

 

 

Применяются также совмещенные методы пневмо- и вакуумоформования (рис.3.34). На первой стадии после разогрева листа производится вытяжка с помощью сжатого воздуха, затем механическая вытяжка пуансоном, соединенным с вакуумным насосом. При включении вакуумного насоса отсасывается воздух, пятившийся между пуансоном и листовым материалом, и происходит окончательное формование детали. Штамповка-вырубка тонкостенных изделий производится в специальных штампах, пуансоны которых выполнены в виде контурного ножа. Во избежание растрескивания деталей процесс ведут при температуре выше температуры стеклования перерабатываемого материала. Штамповка-вырубка деталей из реактопластов производится на кривошипных прессах. В вырубных штампах необходимо обеспечить зазор    между пуансоном и матрицей не более о,01...0,05 мм. Технологические режимы штамповки приведены в табл.3.19.

 

 

При изготовлении деталей методом штамповки необходимо исключать прямые, тупые и острые углы по контуру, закругляя их. Минимальное значение радиуса закругления Rпри угле со­пряжения до 90° выбирают из условия R > 0,5t, где t — толщина материала, а при больших углах — R > 0,25t. Минимальный раз­мер круглого отверстия d > 0,4t, квадратного а > 0,45t. Расстоя­ния от края детали до отверстия и между ними должны быть не нее (0,8...1,5)t.

Предельная толщина материала при изготовлении деталей из гетинакса 3,0 мм, из текстолита 6,5 мм. Без предварительного подогрева можно штамповать детали из листов толщиной до 1,5...2,0 мм. Предварительный подогрев производят в термошка­фах или на подогреваемых столах, расположенных возле выруб­ных прессов, из расчета 5...8 мин на 1 мм толщины листа.

 

7. Изготовление деталей из композиций холодного отвер­ждения Применяют следующие способы изготовления деталей из полимерных композиций холодного отверждения: свободная за­ливка, отливка с подпрессовкой, контактное формование, наматывание, намотка на вращающуюся оправку.

При свободной заливке изделия получают в открытых или закрытых формах, имеющих литниковые отверстия. Данным спо­собом можно изготовить детали из пластмасс, обладающих высо­кой текучестью (на основе эпоксидных, акриловых и полиэфир­ных смол). Формы изготавливают из гипса, цемента, формопласта, песчаноформовочных смесей и др. Для предотвра­щения прилипания полимерного материала к форме, последние обрабатывают антиадгезионными составами.

Для получения разделительных антиадгезионных покрытий применяют различные эмульсии, растворы, смазки. Плоские и цилиндрические поверхности форм могут быть покрыты полиэти­леновой или фторопластовой пленкой. Гипсовые и деревянные формы покрывают раствором ацетата целлюлозы, а металличе­ские — раствором поливинилового спирта или кремнийорганических смол.

Отливка с подпрессовкой применяется для изготовления деталей из высоковязких композиций. После заполнения форма закрывается и производится уплотнение массы при давлении 0,5...0,7 МПа. Форма остается в сжатом состоянии до полного от­верждения пластмассы.

Контактное формование применяется для изготовления крупногабаритных изделий, таких как корпусные детали, кузов­ные детали автомобилей, футеровка емкостей и др. На модель или форму наносят разделительный слой для легкого съема изде­лия. Затем наносят слой связующего и стеклоткань, пропитанную этим связующим. Производится прикатка резиновым валиком, смоченным пластификатором, например, дибутилфталатом, для удаления пузырьков воздуха и уплотнения материала (рис.3.35). После подсушки в течение 2...4 ч наносят следующий слой свя­зующего и стеклоткани и так до получения необходимой толщи­ны изделия.

 

 

Принципиальная схема получения изделий методом напыления приведена на рис.3.36. Суть метода заключается в нанесе­нии на поверхность формы рубленого волокна и связующего. В качестве связующего чаще всего используют полиэфирные смолы. Процесс осуществляется с помощью специального пистолета, имеющего три сопла: два для подачи связующего и одно для по­дачи рубленного стекловолокна. Дискретное волокно получают в специальном устройстве, расположенном перед соплом, куда поступает стекложгут. Через крайние сопла на поверхность направляется смола, а через среднее (с помощью воздушного потока) рубленое стекловолокно длиной 10...100 мм. Кусочки стеклово­локна, попадая в поток смолы, смачиваются ею и направляются на поверхность модели, образуя слой необходимой толщины. Как и при предыдущем способе, производится уплотнение слоя рези­новым валиком, смоченным дибутилфталатом. Метод напыления более производителен по сравнению с методом контактного формования, однако он имеет и свои недостат­ки: затруднено изготовление изделий сложной конфигурации, значительны потери стекловолокна (до 5%), требуется повышен­ное внимание к условиям труда рабочего персонала, так как в окружающую атмосферу выбрасывается большое количество стеклопыли со связующим.

 

 

3.36. Схема получения изделий из стеклопластиков методом напыления; 1 режущее устройство, 2 – прокатный валик, 3 – форма, 4 – разделительный слой, 5 - уплотняемый материал, 6 – напыленный слой композита, 7 – форсунка для распыления связующего

 

Для изделий оболочкового типа, имеющих форму тел вра­щения, весьма перспективен метод намотки, позволяющий соз­давать ориентированную структуру наполнителя в изделии с уче­том его формы и особенностей эксплуатации. Суть метода за­ключается в намотке армирующей нити или жгута, пропитанного связующим, на вращающуюся оправку (рис.3.37). Применяют "сухую" и "мокрую" намотку. "Сухая" намотка производится предварительно пропитанными и высушенными волокнами, а "мокрая" — волокном, пропускаемым через ванну со связующим непосредственно при намотке. Отжимные валики регулируют со­отношение смола — волокно в системе и выполняют функции раскладчика нити при намотке. При "мокрой" намотке применя­ются в основном полиэфирные, эпоксидные и эпоксифенольные смолы, а при "сухой" — фенольные. После намотки в случае не­обходимости осуществляется уплотнение и производится отвер­ждение связующего. В качестве армирующих наполнителей могут использоваться жгуты, ленты, нити. Временное спротивление та­ких материалов может достигать 3000 МПа, в то время как для обычных стеклопластиков — до 700 МПа.

 

 

Рис. 3.37. Схема изготовления изделий из стеклопластиков намоткой: 1 - сткложгут, 2 – пропиточная ванна, 3 – отжимные ролики, 4 - оправка

 

Сочетание намотки с другими методами позволяет изготав­ливать изделия с необходимым комплексом свойств, например, бипластмассовые трубы, в которых наружный слой из стеклопла­стика несет силовую нагрузку, а внутренний из поли-винилхлорида обеспечивает высокую химическую стойкость.