Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оборудование и основы проектирования предприятий по переработке пластмасс. Учебное пособие
.pdf
71
Легко понять, что при непостоянстве величины Кв толщина стенки изделия в разных точках его поверхности будет различной –
возникает так называемая разнотолщинность изделия.
Причины возникновения разнотолщинности термоформованного
изделия становятся понятными при детальном анализе процесса негативного вакуумного термоформования изделия достаточно глубокой
вытяжки.
На первой стадии процесса при откачивании из матрицы воздуха
начинается деформация заготовки; она прогибается и втягивается
внутрь матрицы.
При ма
трице круглого поперечного сечения заготовка приобретает форму шарового сегмента (см. рис. 2.13). Такого рода деформация
заготовки будет происходить до тех пор, пока термопласт прикасается только к верхней кромке матрицы. Эту стадию называют стадией
свободного формования.
Как только заготовка касается холодной стенки матрицы, на
поверхности заготовки в зоне контакта появляется тонкий сл
ой
отвердевшего материала. Этот слой препятствует дальнейшей вытяжке данного участка заготовки со свободной поверхностью, и новый
участок контакта с формой образуется уже при меньшей толщине
листа. Таким образом, чем позже точка поверхности листа коснется
стенки матрицы, тем тоньше будет изделие в окружности этой точки.
Разнотолщинность изделия – существенный недостаток, обусл
овлен-
ный особенностями процесса вакуум- и пневмоформования.
При негативном формовании тонкими получаются дно изделия и
места переходов стенки изделия в донную часть.
72
При позитивном формовании наиболее толстым получается дно
изделия, а наиболее тонкой – верхняя часть его стенок. Этот метод
рекомендуется применять для изготовления изделий, отношение глубины к ширине которых не превышает 0,5, а образующие изделие
поверхности имеют плавные переходы. Метод позитивного формования имеет существенный недостаток – повышенное количество отходов в виде материала, затвердев
шего на стенках формовочной камеры
(рис. 2.12).
Разнотолщинность изделий является одной из причин неравномерного распределения ориентационных и термических напряжений,
возникающих в материале изделия в процессе термоформования.
Вследствие этого снижается температура, при которой начинается
деформация (коробление) термоформованного изделия и ускоряется
выход его из рабочего состояния.
Для уменьшения разнотолщинности изделий разработаны и пр
именяются технологические приемы, позволяющие получать изделия
довольно сложной конфигурации и достаточно глубокой вытяжки
при относительно небольшой разнотолщинности.
Весьма часто для уменьшения разнотолщинности изделий применяется предварительная пневматическая или/и механическая вытяжка
нагретой листовой заготовки [10, 11].
2.2.5.4. Классификация и краткая характеристика
формовочного оборудования
К настоящему времени в мире насчитывается более 70 фирм,
серийно выпускающих ф
ормовочные машины различного типа и раз-
личных размеров [11].
73
Основными параметрами термоформовочных машин принято
считать максимальные размеры их зажимных устройств и наибольшую глубину формования (вытяжки).
Ниже приведена классификация формовочных машин по следующим признакам:
по методу формования изделий;
по назначению;
по числу позиций;
по траектории движения перерабатываемых материалов;
по виду заготовок или способу питания машин формовочным
матери
алом;
по комплектации оборудования;
по виду управления машинами.
1. По методу формования изделий:
вакуум-формовочные машины;
пневмоформовочные машины;
машины для механического формования;
машины для гидравлического формования;
машины для формования комбинированными методами.
Как уже отмечалось, различные варианты метода формования
определяются видом рабочего агента
дл
я создания разности давлений, обеспечивающей изменения формы листового или пленочного
материала. В соответствии с этим машины снабжаются одной из следующих систем:
вакуумной системой, создающей разрежение в формовочной
камере;
74
пневмосистемой, обеспечивающей избыточное давление сжа-
того воздуха в камере над формуемой заготовкой;
гидросистемой – для создания давления гидравлической жид-
кости на заготовку.
На многих машинах установлены приводы для создания и передачи механического усилия на формуемый материал. Имеется большое число машин с устройствами и механизмами, обеспечивающими
комбинированное воздействие на формуемую заготовку;
2. По назна
чению:
универсальные машины;
специализированные машины;
комбинированные машины.
Универсальные машины предназначены для производства широкого ассортимента изделий различных габаритов мелкими сериями.
Специализированные машины используют для выпуска больших
серий изделий узкой номенклатуры из определенного термопласта.
Комбинированные машины применяются для изготовления больших и средних серий изделий. Изменение номенклатуры изделий
требует существ
енной переналадки машины.
3. По числу позиций:
однопозиционные машины;
многопозиционные машины с позициями разного назначения;
многопозиционные машины с однородными позициями.
В однопозиционной машине все операции осуществляются последовательно на одной позиции.
75
В многопозиционной машине с позициями различного назначения на каждой позиции выполняется только присущая ей операция:
нагрев заготовки; формование изделия; охлаждение изделия; его извлечение из формы и т. д.
В многопозиционной машине с однородными позициями одни и
те же операции производятся одновременно на нескольких позициях
(обычно двух или трех).
4. По траектории движ
ения перерабатываемого материала:
машины карусельного типа;
машины барабанного типа;
машины ленточного типа.
Машина каждого типа используется для производства изделий
определенных размеров из формовочных материалов, поставляемых в
различном виде (листовые мерные заготовки; пленочные и тонколистовые рулонные материалы и т. д.).
Подразделение машин по данному признаку производится лишь
для многопозиционны
х машин с позициями разного назначения.
5. По виду заготовок или способу питания машин формовочным
материалом:
машины для формования изделий из мерных заготовок;
машины для формования изделий из рулонных материалов;
агрегаты с питанием непосредственно от каландра или
экструдера;
агрегаты с питанием непосредственно от литьевой машины;
машины для топформования.
76
Машины для топформования представляют собой комбинацию из
вертикальной литьевой машины, на которой отливают плоскую заготовку, и формовочной машины, на которой формуют из этой заготовки изделия. Название данного метода формования происходит от
фирмы «Топф» (буква «ф» в русском варианте слова исчезла).
6. По комплектации оборудования:
машины с вырубными устройствами;
машины со сварочными устройствами;
машины с устройствами для на
несения печати на изделия;
машины с устройствами для съёма, ориентации и упаковки
готовых изделий и т. д.
7. По способу управления машиной:
машины с ручным управлением;
машины с полуавтоматическим управлением;
машины с автоматическим управлением.
В машинах с ручным уп
равлением сигналы на выполнение всех
операций подает оператор формовочной машины. Вручную производятся укладка заготовок и съём готовых изделий.
В полуавтоматических машинах вручную укладывают лист и
извлекают отформованное изделие. Все остальные операции выполняются автоматически по заранее заданному режиму. Цепи систем
управления взаимосвязаны и сблокированы так, что каждая последующая операция не начинается до завершения предшеств
ующей
операции.
77
В машинах-автоматах все операции, включая установку заготовки
и съём готового изделия, синхронизированы и производятся автоматически, без вмешательства формовщика.
Машины, в которых применяется питание отдельными (мерными)
заготовками, работают, как правило, в ручном или полуавтоматическом режиме. Машины, питаемые рулонными материалами, чаще
всего работают в автоматическом режиме. Машины, питаемые с
вальцов или экструдера, входят обычно в состав автоматической
линии, на которой из порошкообразного или гранулированного матери
ала производится лист или пленка, из листа или пленки формуется
изделие, а при необходимости осуществляется комплектация отформованного изделия с другими деталями и упаковка готовой продукции. Полностью автоматизированы также агрегаты с питанием от
литьевой машины и машины для топформования.
2.2.5.5. Краткая характеристика основных уз
лов машин
для пневмовакуумного формования
Нагревательные устройства
Одна из основных и самых длительных операций в процессе термоформования листовых и пленочных термопластов – нагрев загото-
вок. Наиболее применимы четыре способа нагрева:
конвективный;
теплорадиационный;
контактный;
смешанный нагрев.
78
Конвективный нагрев дает наилучшие результаты в отношении
равномерности нагрева. Самым распространенным теплоносителем в
конвективных нагревателях является горячий воздух.
Теплорадиационный нагрев является наиболее распространенным
видом нагрева. В зависимости от толщины заготовок и желаемой
производительности машины нагрев может быть одно- и двухсторонним и может осуществляться на одной или двух позициях. По сравнению с конвективным теплорадиационный нагрев дает ме
нее равномерное температурное поле по поверхности заготовки, но снижает
продолжительность цикла формования.
Контактный нагрев для переработки листовых термопластов
применяется относительно редко. Как и теплорадиационный,
контактный нагрев может быть одно- и двухсторонним.
Смешанный нагрев является сочетанием конвективного и теплорадиационного нагрева и обладает достоинствами обоих, од
нако конструктивное решение нагревательного устройства в этом случае
усложняется.
В качестве нагревательных элементов часто используют элементы сопротивления, выполненные в виде проволоки, спирали, ленты
или стержня (часто из нихрома) в стеклянной или керамической изоляции.
Удельная мощность ленточных и стержневых нагревателей зависит от плотности монтажа отдельных элементов в тел
е нагревателя и
может достигать 10 Вт/см
2
; рабочая температура нагревателей такого
типа составляет 500–800 °С. К недостаткам ленточных и стержневых
нагревателей относятся достаточно большое время разогрева до
рабочей температуры (10–15 минут) и то, что с течением времени понижается интенсивность их излучения.
79
Этих недостатков лишены нагреватели, состоящие из мелких
элементов, образованных несколькими параллельно подключенными
отрезками проволоки высокого сопротивления. Рабочая температура
таких нагревателей достигает 1000 °С, а интенсивность их излучения
не снижается после нескольких сот часов работы.
В нескольких типах машин в качестве рабочих элементов нагревателей используют трубчатые электронагреватели (ТЭН). ТЭН представляет собой трубку диам
етром 8–20 мм, выполненную из жаропрочного металла, внутри которой в наполнителе-диэлектрике (плавленый оксид магния – периклаз) запрессована спираль из проволоки
(типа нихромовой). Концы спирали выведены из трубки и снабжены
контактными устройствами. Наполнитель изолирует спираль от внутренней поверхности трубки и одновременно служит проводником
тепла. Рабочая температура поверхности ТЭН достигает бо
лее
1100 °С. Длины волн инфракрасных лучей лежат в диапазоне 2000–
8000 нм. ТЭН имеют высокий коэффициент превращения электриче-
ской энергии в энергию ИК-излучения (0,85–0,90). Промышленностью выпускаются ТЭН различных типоразмеров и формы (прямые,
C-, U- и S-образные) на напряжение 12, 127, 220 и 380 В и номинальную мощность N = 0,05–25,0 кВт. Наиболее часто применяются ТЭН
с но
минальной мощностью N = 0,3–6,0 кВт, работающие при напряжении 220 В и имеющие прямую или U-образную форму. Срок их
службы составляет в среднем 10000 часов. ТЭН имеют значительную
тепловую инерцию и рекомендуются для работы в непрерывном
режиме.
80
Ряд фирм используют в конструкциях нагревателей теплоизлучающие ламповые устройства. В них применяются зеркальные лампы
накаливания и галогеновые лампы, дающие коротковолновое инфракрасное излучение в близкой к видимой (и частично в видимой)
области. Эти устройства просты по конструкции и удобны в эксплуатации и не обладают тепловой инерцией. Чаще всего подобные
нагрев
атели устанавливаются на машинах, предназначенных для
формования изделий из тонких пленок. При включении эти нагреватели начинают действовать мгновенно, что особенно важно при
работе на однопозиционных машинах.
К недостаткам ламповых нагревателей относятся хрупкость ламп
и малый срок службы (от 2000 до 5000 часов), повышенный расход
электроэнергии, небольшая интенсивность излучения и неравномерность излучаемого теплового потока.
Нагрев
атели ИК-излучения имеют общий недостаток – большие
потери энергии в окружающую среду. Для сокращения этих потерь
осуществляется укладка теплоизоляции в нерабочей части нагревателя и временной изоляции его излучающей поверхности на период
технологических простоев. Кроме того, для увеличения КПД нагревателей используют отражатели (обычно из листов полированного
алюминия), монтир
уемые между нагревательными элементами и
теплоизолирующим слоем.
Большинство нагревателей с элементами в виде стержней, лент,
ТЭН или ламп настраиваются на определенную температуру, определяемую с помощью термопар. Применяется двухпозиционное регулирование температуры по системе «включено-выключено».
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]