Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проблемы выявления и устранения возможных дефектов в процессе получения изделий из термопластов. Учебное пособие
.pdf
Овальность трубы. Причины возникновения дефекта – де-
формация трубы от гидростатического давления в охлаждающей
ванне или зажимающего усилия тянущего устройства.
Для устранения дефекта необходимо:
− усилить охлаждение в калибрующей насадке;
− понизить температуру расплава;
− увеличить давление сжатого воздуха;
− ослабить сжатие транспортирующих органов тянущего
устройства;
− усилить охлаждение трубы или снизить скорость процесса
3.2.9 Специфические дефекты труб по физико-
механическим показателям
Низкое относительное удлинение при разрыве. Причины
возникновения:
− слишком резкое охлаждение расплава в калибрующей
насадке;
− недостаточное перемешивание (гомогенизация) расплава
в цилиндре или недостаточное выравнивание скоростей потока
расплава в головке.
Меры по устранению дефекта:
− снизить скорость или температуру воды, поступающей в
калибрующую насадку;
− увеличить давление в цилиндре;
− установить формующий инструмент с более длинной ци-
линдрической частью и увеличенным сопротивлением после
дорнодержателя
Не выдерживает испытания внутренним гидростатиче-
ским давлением. Данный дефект является следствием плохой
спайки отдельных потоков расплава.
Пути устранения:
− повышение температуры расплава;
− уменьшение скорости процесса;
71
− установка формующего инструмента с более длинной
цилиндрической частью и увеличенным сопротивлением после
дорнодержателя.
3.2.10 Неполадки, вызванные отклонением технологических
параметров
Уменьшение производительности экструдера. Причина
дефекта – высокая температура в загрузочной зоне. Способ устранения – усиление охлаждения цилиндра в загрузочной зоне.
Уменьшение производительности экструдера при одно-
временном повышении потребления электрического тока
двигателем привода. Причины возникновения:
− неоднородность партии сырья;
− засорение фильтрующих сеток;
− резкое снижение температуры расплава в головке, на-
пример, в результате неисправности элементов обогрева
Способы устранения дефекта:
− смена сетки;
− изменение температуры зон;
− замена, если потребуется, нагревательных элементов.
Обрыв пленочного рукава. Причины возникновения:
− наличие в пленке крупных гелеобразных или других по-
сторонних включений;
− недостаточная однородность сырья;
− недостаточная однородность расплава;
− низкая формоустойчивость.
Способы устранения:
− смена фильтрующих сеток и повышение температуры в
дозирующей зоне цилиндра
− смена партии сырья;
− увеличение сопротивления в головке;
− уменьшение скорости вытяжки пленки.
Обрыв листа у головки. Причины – большая скорость вы-
тяжки.
Путь устранения – отрегулировать скорость тянущих валков.
72
3.3 Возможные дефекты изделий, получаемых методом
термоформования, их причины и пути устранения
Широкое распространение процессов термоформования объясняется простотой, компактностью, относительной дешевизной
применяемого оборудования и технологической оснастки. Метод термоформования используют прежде всего при производстве тары и упаковки для пищевой, парфюмерной, фармацевтической, химической, нефтяной промышленности. Например, при
производстве одноразовой посуды и целого ряда полых полимерных изделий, имеющих различное назначение. Многие виды
полимерных изделий, например крупногабаритные и тонкостенные сложной конфигурации, можно изготовить только методами
пневмо- или вакуум-формования. В силу вышеизложенного метод термоформования конкурирует с другими методами производства изделий из полимерных материалов.
Для формования используются полимерные материалы,
имеющие выраженную область высокоэластичного состояния.
Наиболее легко формуется изделия из аморфных полимеров и
несколько сложнее – из кристаллических. Последнее особенно
относится к полиэтилентерефталату, который на момент вытяжки должен находиться в аморфном состоянии.
Методом термоформования можно получать изделия различной конфигурации, имеющие одинаковую толщину стенок. Широко применяется формование для производства крупногабаритных изделий (ванны, раковины) или тонкостенных изделий
(одноразовая посуда). Метод является наиболее выгодным при
мелкосерийном производстве, так как технологическая оснастка
проще и дешевле, чем, например, литьевые формы.
Физико-химические основы процесса формования аналогичны процессам экструзии и литья под давлением, однако, в отличие от последних, в материале отсутствует сдвиговое течение
расплава. При формовании придание необходимой конфигурации осуществляется либо в высокоэластическом состоянии, либо при температуре несколько выше температуры текучести за
счет растяжения полимера, при этом действующими являются
73
нормальные напряжения. Кроме того, у кристаллизующихся полимеров могут происходить фазовые переходы, обусловленные
нагреванием и охлаждением. Из химических процессов следует
отметить термоокисление и термодеструкцию, вызываемые высокой температурой полимера при переработке. Однако правильно выбранный технологический режим позволяет практически полностью предотвратить появление таких процессов.
3.3.1 Регулируемые параметры процесса термоформования
изделий из термопластов
Производительность машины (количество изделий в час)
определяется длительностью цикла, образуемого несколькими
последовательными операциями: загрузка листовой заготовки в
специальную раму (t
(t
); формование (t
нагр
); зажим заготовки (t
загр
); охлаждение (t
форм
); нагревание
заж
); разгрузка (t
охл
разгр
). В
некоторых случаях формование завершается вырубкой кантов
заготовки:
tц=t
загр
+ t
заж
+t
нагр
+ t
форм
+ t
охл
+ t
разгр
;
G=3600/tц, шт./ч.
Длительность операций загрузки, зажима и разгрузки не может быть рассчитана в общем случае, причем в большинстве
конструкций машин эти операции осуществляются вручную.
Длительность самого процесса формования, обычно составляет
5-7 с, и она мала по сравнению с временем, затрачиваемым на
операции нагрева и охлаждения.
Длительность операций загрузки, зажима, формования и разгрузки по отношению к операциям нагрева и охлаждения оценивается коэффициентом с=1,2-1,3. Соответственно
tц=с(t
нагр
+ t
охл
);
Наиболее длительной является операция нагрева заготовки, и
поэтому широкое распространение получили двухпозиционные
машины, в которых на одной позиции происходит нагрев заготовки, а на другой – формование и охлаждение. В этом случае
tц≈t
нагр
74
За время цикла формования необходимо дважды применить
механические усилия: при зажиме холодной заготовки перед нагреванием (в период t
камеры (с формой) к заготовке в конце периода t
) и для прижатия пневмо-, вакуум-
заж
. Усилие за-
нагр
жима заготовки невелико и зачастую создается вручную. Усилие
прижима камеры с формой более значительно, в особенности
при использовании пневмоформования. В этом случае необходимое усилие П зависит от наибольшего давления формования Р
и площади заготовки F(см2) и определяется по формуле
П=СPF/1000, кН,
где C=1,2-1,5 – коэффициент. Найденное значение усилия принимается за основу силового и прочностного расчетов пневматического или гидравлического привода формующего устройства.
Скорость формоизменения во избежание остывания и
преждевременного снижения пластичности материала должна
поддерживаться на уровне 100-200 мм/с. Это влечет за собой
применение либо высокопроизводительных компрессоров или
вакуум-насосов, или же ресиверов, причем последний случай
более экономичный.
Длительность и интенсивность нагревания – функции
основных тепловых характеристик полимера. Для большинства
применяемых при формовании материалов (полистирол и его
сополимервы, поливинилхлорид, полиэтилен низкой плотности)
экспериментально определено оптимальное время нагрева порядка 20-30 с/мм толщины при интенсивности нагрева от 15 до
25 кВт/м2 поверхности заготовки. Однако для пластиков с повышенной теплоемкостью и пониженной теплопроводностью
оба параметра необходимо увеличивать в 2-3 раза. Температура
заготовки сильно влияет на величину усилия формования, модуль вытяжки и разнотолщинность стенок изделия.
Температура разогревания заготовки должна быть ниже температуры, при которой полимер начинает течь или же разлагаться (табл. 3.4).
75
Таблица 3.4
Рекомендуемые и критические значения температуры
листовых заготовок
Термопласт
Оргстекло 390-410 490
Винипласт 370-430 440
Сополимер СНП 390-405 420
ПЭВП 390-405 415
ПЭНП 360-370 380
Длительность цикла охлаждения зависит от конструкции
форты, методов ее охлаждения и пр. Обычно длительность этой
операции в 2-3 раза меньше времени нагрева.
3.3.2 Технологические дефекты процесса термоформования
Заготовка слишком горячая. Возможные виды брака изде-
лия:
− следы охлаждения на поверхности;
− воздушные включения;
− концентрические следы;
− вздутия;
− тонкие боковые стенки;
− складки на поверхности, углах;
− разрыв заготовки при контакте с формующим инстру-
ментом.
Заготовка слишком холодная. Такого рода дефект может
вызвать следующие виды брака изделия:
− отсутствие четкости, особенно краевых зон;
− отсутствие контакта с формующим инструментом;
− разрыв заготовки при контакте с формующим инстру-
ментом.
Удаление из формы изделия слишком горячим приводит к
следующим дефектам изделия:
− отсутствие четкости, особенно краевых зон;
Температура, К
разогрева заготовок критическая
76
− бочкообразная поверхность;
− неустойчивость изделия;
− изогнутость изделия.
Удаление изделия из формы слишком холодным приводит
к трещинам, в том числе и к микротрещинам.
Отсутствие выталкивания изделия может привести к на-
липанию отформованного изделия на формующий инструмент и
к разрыву заготовки при контакте с ним.
Слишком ранняя подача вакуума приводит к следам охла-
ждения на поверхности изделия; к разрыву заготовки при контакте с формующим инструментом.
Слишком поздняя подача вакуума приводит к складкам на
поверхности.
Недостаточный вакуум является причиной нечеткости из-
делия и отсутствия контакта с формующим инструментом.
При слишком быстром охлаждении возможны следующие
дефекты изделия: нечеткость контура изделия; коробление.
Недостаточное давление сжатого воздуха приводит к
уменьшению размеров изделия; к плохому штабелированию изделия; отсутствию четкости изделия, особенно кромочной зоны.
Завышенное давление сжатого воздуха приводит к сниже-
нию толщины изделия и повышению скорости охлаждения.
Сжатый воздух отключен слишком рано, следствием мо-
гут быть дефекты изделия:
− отформованное изделие на штабелируется;
− отсутствие четкости контура изделия;
− поверхность изделия бочкообразная.
Колебания сжатого воздуха приводят к разрыву заготовки
при контакте с формующим инструментом.
Подача сжатого воздуха слишком рано – при этом воз-
можны следующие дефекты: разрыв заготовки при контакте с
формующим инструментом; слишком малая толщина формовки.
Подача сжатого воздуха слишком поздно. Дефекты изде-
лия могут быть:
− поломка формовки;
77
− слишком толстое основание формовки;
− отсутствие четкости контура изделия;
− включения воздуха на поверхности.
Подача сжатого воздуха слишком быстро – в этом случае
образуются концентрические следы, тонкие углы.
Подача сжатого воздуха слишком медленно – при этом из-
делие плохо штабелируется и формовка может ломаться.
Сквозняк над листом является причиной отсутствия четко-
сти изделия, особенно в кромочных зонах.
Дефекты, возникающие при производстве изделий из термопластов методом термоформования, можно разделить на четыре
группы.
1) Дефекты, вызванные недостатками при установке
(монтаже) формовочной машины и недостатками формы.
Для производства изделий, требующих высокой точности воспроизводимости конфигурации и распределения толщины стенок, очень важна правильная установка формовочной машины.
Месторасположение машины не должно находиться вблизи
транспортных проездов, открытой вентиляции или подобных
продуваемых проходов. Если этого нельзя избежать, то машина
обязательно должна быть защищена от сквозняков экраном или
стеной.
При подаче сжатого воздуха, вакуума и охлаждающей воды
необходимо выполнение следующих требований:
− сжатый воздух должен быть сухой и очищен от масла,
так как он проходит через машину;
− поперечные сечения трубопроводов не должны быть
меньше, чем сечения в месте присоединения к машине;
− давление подачи не должно снижаться ниже значения,
установившегося на внутреннем клапане машины; если несколько машин включены в общую линию, то мощность этой
линии должна быть проверена при каждом новом подключении.
Прижимная рамка слишком велика. Это приводит к тому,
что в углах изделия возникают стяжки.
78
Прижимная рамка слишком мала. Следствием такого дефек-
та являются нечеткость краевых зон изделия, возможные разрывы заготовки при контакте с формующим инструментом.
Прижимная рамка не выровнена. Краевые зоны изделия не-
четкие, возникает волнистость при нагревании заготовки, неравномерный нагрев заготовки.
Неравномерность нагрева. Это приводит:
− к образованию тонких стенок;
− к возникновению складок на поверхности;
− к налипанию изделия на формующий инструмент;
− к тому, что изделие получается вогнутым.
Нагрев слишком интенсивный. Возникают тонкие боковые
стенки изделия, возможен разрыв заготовки при контакте с
формующим инструментом.
Загрязнение вакуумного фильтра. Это приводит к отсутст-
вию четкости краев изделия, отсутствию контакта заготовки с
формующим инструментом.
Неблагоприятный коэффициент вытяжки. Может вызвать
разрыв заготовки при контакте с инструментом, изделие может
получиться с тонкими стенками, углами, основанием, может
быть неравномерная толщина стенок.
Слишком вертикальная стенка формы. Может привести к
разрыву заготовки при контакте с инструментом, а также к тому,
что отформованные изделия плохо штабелируются.
Острые углы формы. Заготовка может разорваться, может
привести к образованию трещин в отформованном изделии и
утончению его в углах.
2) Дефекты листа (пленки) из термопластичного мате-
риала. К дефектам листового термопласта относятся отклонения
в физико-механических, теплофизических и других свойствах
материала, которые заложены в требовании нормативных документов (стандартах, технических условиях), от оптимальных. К
таким отклонениям могут относиться также цветность, шероховатость поверхности, разнотолщинность, наличие пузырей, пепла, механических повреждений.
79
3) Дефекты, возникающие из-за особенностей заготовки
при их вырубке и раскрое. Дефекты, возникающие при раскрое
и вырубке штучных заготовок сводятся к следующему:
− неучет при раскрое колебаний усадки, возникающих при на-
греве, что может привести к нарушению заготовок малых размеров;
− возникновение сколов, трещин при резке листа, что особенно
характерно для хрупких термопластов, например оргстекла;
− нанесение при раскрое и резке механических повреждений на
поверхности заготовки;
− неправильное хранение заготовок (вертикально), из-за чего
лист может неравномерно нагреваться;
− выбор очень плотной заготовки следствием чего могут быть
тонкие стенки изделия и его ломкость;
− разнотолщинность заготовки, приводящая к отсутствию
контакта с инструментом;
− наличие инородных включений в заготовке, приводящее к за-
грязнению поверхности изделия;
− вытянутость заготовка с одной стороны, из-за чего изде-
лие получается неустойчивым, изогнутым;
− узкий интервал формования материала заготовки, из-за че-
го возможно образование вздутий на поверхности изделия.
Дефекты, возникающие при нагреве листа. Дефекты на-
грева вызываются в основном колебаниями температуры нагревателей (колебаний напряжения в сети), сквозняком в помещении, инверсией нагревательных устройств (при их включении и
выключении).
Дефекты, возникающие при вырубке заготовок. К дефек-
там вырубки относятся:
− изменение цвета материала вокруг пробитых отверстий;
− трещины в местах резких изменений контура отверстий;
− расслоения, сколы, заусенцы на поверхности среза.
4) Дефекты, возникающие при условиях, когда один или
несколько параметров технологического процесса становятся неудовлетворительными.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]