3.5.3. Получение изделий из листовых материалов

Многие крупные изделия, имеющие форму коробки или полушария, значительно выгоднее изготовлять из листовых заготовок на вакуум-формовочных машинах. Разумеется, в таком случае могут быть использованы только термопласты.

Разогретый до пластичного состояния лист термо­пласта помещается над матрицей 6 специальной формы и прижимается к ней рамкой 7. Затем из полости матрицы быстро отсасывается воздух. Разность между давлениями внутри формы и снаружи вдавливает лист в полость пресс-формы. Так как форма охлаждается проточной водой, то пластик быстро затвердевает и через несколько секунд снимается готовое изделие.

Для некоторых, особо сложных, изделий, имеющих глубокий рельеф или формуемых из толстого листа (толще 5 мм), рекомендуется применять так называемый воздушный пуансон (рис. 3.18.). В этом случае лист формуется под действием специально создаваемого давления (до 2,5 МПа). По такому способу удается получать изделия, полностью имитирующие хрусталь, если в качестве сырья использовать листовой полиметилметакрилат (органическое стекло) толщиной 10-15 мм.

Обычно при вакуум формовании по контуру детали образуются значительные заусенцы. Вес их доходит до 25-30% от веса заготовки, а толщина практически равна исходной. Обрезка заусенцев осуществлялась механическим путем: ленточными пилами, фигурными фрезами и т.д. Но такие операции очень трудоемки. В настоящее время обрезку готовых изделий про­изводят на специальных планетарных станках. За один рабочий ход, продолжающийся несколько секунд, такой станок обрезает изделие по всему контуру, независимо от его конфигурации или сложности.

Рис. 3.18. Форма для изготовления изделий с применением воздушного

пуансона:

1 – камера; 2 – штуцер; 3 – направляющие колонки; 4 – опорная плита; 5 – оформляющая вставка; 6 – матрица; 7 – рамка со штамповым устройством;

8 – кран для спуска воздуха.

Изобретение планетарно-обрезного станка позволило резко повысить производительность труда и тем самым значительно расширить области применения метода вакуум-формования. Даже мелкие изделия стало выгоднее производить на вакуум-формовочных автоматах, чем на литьевых машинах. Расширение ассортимента изделий сдерживается пока только некоторым недостатком листовых пластиков и их относительно высокой ценой.

Освоение производства дешевого листового полиэтилена низкого давления, обладающего целым комплексом ценнейших свойств, открывает «зеленую улицу» методу вакуум-формования для изготовления разнообраз­ных деталей технического назначения и различных изде­лий высокого качества для широкого потребления.

3.5.4. Экструзия

В технике часто встречается необходимость изготовления из пластмасс труб различного диаметра, лент, профильных изделий (уголки, швеллеры, прутки и т. п.). Наиболее технологичным способом производства таких изделий из термопластов является экструзия (шприцевание) – непрерывное выдавливание разогретого до вязкотекучего состояния пластика через специальную головку (дорн) на экструзионной машине (шприцмашине).

Устройство такой машины – экструдера – для производства труб из полиэтилена показано на рисунке 3.19. Цилиндр 9 шприцмашины разогревается до температуры, которая несколько выше температуры размягчения пластика, загружаемого в полость цилиндра через загрузочный бункер 2. Разогрев пластика осуществляется с помощью встроенного в корпус цилиндра обогревателя 5. Конструкция обогревателя обеспечивает, как правило, трех- или четырехзонную схему нагрева , с постепенным повышением температуры в каждой последующей зоне и достижением максимума в дорне 3. Это необходимо для то­го, чтобы перемещаемые шнеком 4 гранулы пластика, разогревались до вязкотекучего состояния равномерно, достигая наибольшей пластичности на выходе из дорна.

Профиль получаемого изделия определяется конструкцией дорна. Необходимо очень тщательно отделывать его внутреннюю поверхность, так как малейшие царапины и выпуклости будут оставлять следы на изделии. Если труба, стержень или лента должны иметь особо точные размеры, эти изделия сразу же по выходе из дорна пропускаются через калибрующее устройство 6. Выходящая из шприцмашины готовая труба 8 охлаждается и с помощью рольганга 7 транспортируется к участкам обрезки и складирования готовой продукции.

В последнее время созданы экструзионные машины, имеющие щелевидную головку. На таких машинах изготовляется непрерывный лист термопласта толщиной 1-3 мм и шириной до 1800 мм, который служит полуфабрикатом для вакуум-формовочных машин.

Многие экструзионные машины снабжены специальными устройствами, позволяющими растягивать ленту в несколько раз. Делается это для того, чтобы значительно увеличить прочность изделий.

Молекула полимерных веществ в обычном состоянии подобна свернутой в клубок спирали. Если большое количество таких клубков сложить более или менее ровным слоем, прочность такого соединения будет незначительна, так как каждый клубок держится за соседний только за счет сил сцепления, а площадь контакта между клубками невелика. Можно условно считать, что при обычной экструзии происходит похожий процесс: бесчисленное множество молекул полимера, свернутых в клубки под действием внутримолекулярных сил, укладываются без всякого порядка в ленту (или трубку, стержень и т.п.).

9

Рис. 3.19. Экструдер для производства труб из термопластичных материалов:

а – общий вид; б – схема. 1 – станина; 2 – загрузочный бункер; 3 – дорн;

4 – шнек; 5 – обогреватель; 6 – калибровочное устройство; 7 – рольганг;

8 – готовая труба, 9 ─ цилиндр

Если же выпрямить каждую спираль и расположить их ровными, параллельными рядами то для растягивания такой «ленты» потребуется приложить значительное усилие, так как при этом усилие воспринимается всеми спиралями сразу. Аналогичный эффект достигается при вытяжке (ориентировании) ленты пластика, находящегося еще в вязко-текучем состоянии.

Молекулы полимера при этом растягиваются, «выстраиваются» стройными рядами и работают после такого принудительного «выстраивания» все вместе. Насколько этот процесс улучшает свойства ленты, можно судить по такому примеру: не ориентированная пленка из полистирола имеет прочность на разрыв 25-28 МПа и выдерживает не более 1-2 перегибов; пленка из того же самого полистирола, практически ничем не отличающаяся от первой по составу, толщине и внешнему виду, но подвергнутая растяжению (стирофлекс), в момент получения имеет прочность на разрыв 90-100 МПа и выдерживает до 2 тысяч перегибов.