Сущность метода разд. Формования

Объемные изделия из термопластов изготавливаются тремя способами: а) склеиванием или свариванием двух половин, полученных литьем под давлением или вакуум-формованием; б) раздувом сжатым воздухом трубчатой заготовки, полученной литьем под давлением; в) раздувом сжатым воздухом трубчатой заготовки, полученной выдавливанием в открытое пространство. Последний получил наибольшее распространение.

Применяются три способа раздува: посредством раздувающего ниппеля (см. рис. 4.95); посредством подачи воздуха через дорн раздувной головки; посредством подачи воздуха через раздувную иглу, прокалывающую заготовку, зажатую в форме.

а – раздув через ниппель; б – раздув через головку; в – раздув через иглу;

1 – часть заготовки, из которой формуется изделие; 2 – грат; 3 – раздувной ниппель; 4 – полуформа; 5 – мундштук; 6 – дорн головки; 7 – отверстие в дорне для подачи раздувающего воздуха; 8 – технологическая полость для части заготовки, в которую вводится игла; 9 – раздувная игла

Рис. 4.95 – Способы раздува заготовок в форме

Диапазон габаритов и массы полых изделий, изготавливаемых раздувным формованием из термопластов, чрезвычайно широк. Методом раздувного формования изготавливают преимущественно тару самого различного назначения емкостью от нескольких кубических сантиметров до 3000 л: канистры, бочки, бидоны, бутылки, флаконы, тубы и др. Перерабатываются этим методом в основном полиолефины, поливинилхлорид, полистирол и его сополимеры.

Сущность метода поясняет приведенная на рис. 4.96 схемы экструзионно-раздувного формования.

Рис. 4.96 – Схема экструзионно-раздувного формования

Пластицирующий экструдер 1 подает расплав термопласта в голову 4, откуда он выдавливается в виде трубчатой заготовки кольцевого сечения 5 в пространство между разомкнутыми полуформами 6 (поз. I).

Как только длина заготовки достигает требуемой величины, полуформы с помощью пневмоцилиндров 7 смыкаются (поз. II). При этом нижний конец заготовки пережимается и сваривается, а верхний ее конец плотно обжимается на выступающей части сердечника (дорна) 3 головки. Кран 2 открывается, и сжатый воздух через центральное отверстие в дорне 3 подается внутрь заготовки, раздувая и обжимая ее по холодной формообразующей поверхности формы. Происходит охлаждение и затвердевание материала отформованного изделия. Начиная с момента смыкания и вплоть до размыкания полуформ привод экструдера отключен и подача расплава отсутствует. Как только изделие становится достаточно формоустойчивым, пневмоцилиндры 7

Общее устройство и работа экстр.-раздувных агрегатов.

При производстве крупногабаритных объемных изделий в экструзионно-раздувных агрегатах с целью увеличения скорости выдачи заготовки применяются как вертикально, так и горизонтально расположенные копильники. При вертикальном расположении копильника (рис. 4.100) качество выдавливаемой заготовки выше, так как отсутствует поворот потока расплава, и в них значительно меньше застойных зон.

Р асплав из экструдера 1 через подводящий канал 2 поступает в копильную камеру 7, расположенную в корпусе головки 3. Под действием давления расплава поршень 6 поднимается вверх. Как только накопилась необходимая порция расплава, с помощью привода 4 поршень выдавливает заготовку. В приведенной схеме копильного устройства использованы конические мундштук 9 и дорн 8, взаимное перемещение которых с помощью привода 5 позволяет изменять толщину стенки заготовки в процессе ее выдачи.

Общие принципы, которыми руководствуются при конструировании экструзионных головок, сводятся к следующему: внутренние полости, по которым течет расплав полимера, должны обеспечивать равномерный поток его, без резких переходов, без наличия «мертвых» зон (застойных пространств), которые могут привести к перегреву и даже разложению полимера, и иметь высокое качество чистоты обработки поверхности.

Одним из основных видов расчетов формующего инструмента является расчет его гидравлического сопротивления. Цель гидравлического расчета формующего инструмента – определить зависимость между перепадом давления по длине канала, производительностью и геометрическими размерами канала. Поскольку размеры сечения канала зависят от формы изделия и, очевидно, в расчете принимаются неизменными, гидравлическим расчетом определяется для конкретного мундштука связь перепада давления, производительности и длины оформляющего канала.

Эти величины для ньютоновской жидкости связаны простым соотношением: ,

где Q – объемный расход; k – коэффициент геометрической формы канала; p – перепад давления по длине канала;  – вязкость.

Для канала с сечением любой конфигурации, неизменным по длине, k определяется как ,

где F – площадь поперечного сечения; l – длина канала; П – периметр сечения канала.

Некоторая неточность такого расчета очевидна, так как для неньютоновской жидкости любой выбранный коэффициент вязкости будет всего лишь «усредненным» по отношению к эффективной вязкости, зависящей от градиента скорости. Однако этот упрощенный метод расчета можно считать достаточно точным для конструкторских целей.

Для описания процесса выведено простое уравнение, связывающее скорость выхода заготовки v_З из головки с плотностью расплава _Р, эффективной вязкостью расплава ₀ (при нулевой скорости сдвига) и длиной заготовки L_З: .

Величина L_З рассчитывается с запасом относительно длины изделия L_И. С учетом потери длины на заваривание дна .

Зная L_И, наружный диаметр симметричного изделия D_Н.И и среднюю толщину стенки изделия _И, можно рассчитать толщину стенки заготовки _З: ,где _Р – степень раздува заготовки, равная отношению D_Н.И изделия к D_Н.З заготовки (в пределах 3–5).

Зная _З, v_З и D_H.З, расход расплава Q на получение одного изделия можно определить как .

Для определения размеров (диаметров) формующего инструмента – мундштука (D_М) и дорна (D_Д) – необходимо учесть величину разбухания расплава , которая довольно значительна в данном процессе, так как вязкость  расплава предельно велика, а v_З максимальна. Для определения  необходимо воспользоваться зависимостью этой величины от скорости сдвига для различных зазоров формующей щели.

Зная , можно определить D_М и D_Д: .

Общее время цикла формования t_Ц состоит из следующих слагаемых: ,

где t_в – время выдачи заготовки из формующей головки; t_с – время смыкания формы; t_р – время раздува; t_о – время охлаждения; t_раз – время размыкания формы; t_и – время извлечения изделия из формы.

Некоторые составляющие уравнения также рассчитываются: t_в = L_З / v_З; t_с и t_р находятся в паспорте агрегата;

,

где V – объем раздуваемого изделия; C – скорость прохождения воздуха в заготовку; (P₂ – P₁) / P₁ – величина, учитывающая повышение исходного давления P₁ до P₂ в результате нагрева воздуха от стенок заготовки или изделия;

,

где a – коэффициент температуропроводности полимера в рабочем интервале температур; T_З – температура заготовки, T_Ф – формы, T_И – изделия к моменту раскрытия формы (T_И выбирается исходя из данных по формоустойчивости на 15–20°C ниже таковой и зависит от конструкции агрегата).

Время t_Ц на 80 % состоит из времени t_о, необходимого на охлаждение. Все это время экструдер не работает, что неэкономично. Для получения толстостенных изделий значение t_о весьма существенно. Поэтому применяют многопозиционные, карусельные агрегаты, в которых после раздува заготовки форма охлаждается вне экструдера, а к нему присоединяется новая, пустая форма, и цикл повторяется. В этом случае экструдер почти постоянно выдавливает расплав-заготовку, т. е. работает безостановочно.