Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy

im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich

w Bydgoszczy

Wydział Inżynierii Mechanicznej

Laboratorium Technik Wytwarzania

Skład Grupy A1

Łukasz Czarnowski

Barbara Fidler

Joanna Kujawa

Tomasz Kowalczyk

USM MiBM

Rok I semestr II

Bydgoszcz, 2010

1. Wstęp

Formowanie próżniowe polega na ogrzaniu tworzywa do stanu wysokiej elastyczności i nadaniu mu kształtu wyznaczonego formą za pomocą różnicy ciśnień, powstałej dzięki wytworzonej próżni między folią czy płytą a formą. Stosuje się również kształtowanie nagrzanej płyty czy folii za pomocą sprężonego powietrza lub też ruchomego stempla. Najczęstsze zastosowanie tej metody formowania to otrzymywanie wyrobów cienkościennych o dużej powierzchni z polistyrenu PS, kopolimeru ABS, twardego PVC, polimetakrylanu metylu PMMA, polietylenu PE, polipropylenu PP, celuloidu i octanów calulozy. Wyroby produkowane tą techniką to w przeważającej większości opakowania, w formie wszelkiego rodzaju pojemników otwartych, z reguły dzielonych w płaszczyźnie największego przekroju.

Formowanie próżniowe może odbywać się w formach negatywowych i pozytywowych, bez wstępnego rozciągania i z wstępnym rozciąganiem. Poniżej zostaną opisane metody rozciągania próżniowego wykorzystane podczas wykonywania ćwiczenia laboratoryjnego.

Formowanie pozytywowe - bez wstępnego rozciągania.
W procesie termoformowania pozytywowego forma ma kształt wypukły. Proces może przebiegać w formie nieruchomej, co prowadzi do powstania największych przecienień w górnej otwartej części wyrobu.

W procesie pozytywowego formowania oziębia się najpierw część folii tworzącą dno wypraski i dlatego może ona być wyciągnięta tylko w niewielkim stopniu. Tego rodzaju formowanie wykazuje jeszcze jedną niedogodność, która w przypadku produkcji masowej jest jednoczenie zagadnieniem ekonomicznym, a mianowicie wymaga przestrzegania znacznych odstępów między poszczególnymi formami.

W metodzie tej w porównaniu z metodą negatywową korzystniejszy jest rozkład grubości ścianki dla wyprasek o tej samej głębokości tłoczenia. Tego rodzaju formowanie wykazuje jednak niedogodność, która w przypadku produkcji masowej jest jednocześnie zagadnieniem ekonomicznym, a mianowicie wymaga przestrzegania znacznych odstępów między poszczególnymi formami. Odległość ta (A) wyznaczona z praktyki w przybliżeniu wynosi A~1,5 H. Gdzie H jest wysokością formy.

Formowanie negatywowe - bez wstępnego rozciągania. W procesie. termoformowania negatywowego tworzywo umieszcza się na wklęsłej, a więc negatywowej formie 2 i przyciska ramą 3, przez uszczelkę gumową 4. Powietrze znajdujące się pomiędzy tworzywem a powierzchnią formy, po ogrzaniu tworzywa zostaje wyssane przez kanały 5, wskutek czego ciśnienie atmosferyczne wtłacza materiał do formy. Po upływie czasu, zależącego od grubości warstwy tworzywa, zestala się i może być wyjęte z formy w nadanym przez nią kształcie.

Ocenę możliwości stosowania tej metody można przedstawić na podstawie tzw. współczynnika głębokości formowania H/D, gdzie H - głębokość formy, D - średnica formy.
Współczynnik głębokości formowania jest zależny od grubości początkowej materiału. Praktyka wykazała, że dla formowania negatywowego optymalny jest stosunek H/D=0,4
Jednak zasada ta może być traktowana jedynie jako podstawa projektowania wyrobów otrzymywanych metodą formowania próżniowego, gdyż w poszczególnych przypadkach głębokość formowania będzie zależała od wielu czynników, np. kształtu wyrobu, tworzywa, konstrukcji formy itd.

2. Tworzywo zastosowane w metodzie formowania próżniowego

Do formowania próżniowego stosuje się półprodukty z termoplastycznych tworzyw sztucznych w postaci płyt i folii. Podczas realizacji ćwiczenia w obu przypadkach stosowano folie wykonana z polistyrenu. Materiał ten doskonale nadaje się do formowania próżniowego, w tym również do głębokiego ciągnienia. Łatwy w obróbce wykończającej. Temperatura formowania dla polistyrenu wacha się w granicach od 149 do 165 ⁰C. Podczas wykonywaniu wyprasek zastosowano folie o grubości 0,02 mm.

3. Rysunek formy stemplowej (formowanie pozytywowe)

4. Formowanie pozytywowe tabela pomiarowa

1				2
płaszczyzna A grubość ścianki, mm		płaszczyzna B grubość ścianki, mm		płaszczyzna A grubość ścianki, mm		płaszczyzna B grubość ścianki, mm
1	0,27	1	0,25	1	0,22	1	0,19
2	0,28	2	0,25	2	0,29	2	0,33
3	0,37	3	0,39	3	0,31	3	0,36
4	0,39	4	0,38	4	0,37	4	0,37
5	0,39	5	0,42	5	0,38	5	0,38
6	0,24	6	0,21	6	0,26	6	0,22
7	0,24	7	0,20	7	0,17	7	0,19

3				4
płaszczyzna A grubość ścianki, mm		płaszczyzna B grubość ścianki, mm		płaszczyzna A grubość ścianki, mm		płaszczyzna B grubość ścianki, mm
1	0,27	1	0,26	1	0,16	1	0,15
2	0,37	2	0,35	2	0,21	2	0,22
3	0,46	3	0,43	3	0,24	3	0,23
4	0,41	4	0,38	4	0,34	4	0,34
5	0,43	5	0,45	5	0,32	5	0,29
6	0,31	6	0,33	6	0,21	6	0,19
7	0,21	7	0,23	7	0,18	7	0,30

5. Obliczenia (formowanie pozytywowe)

6. Rysunek formy matrycowej (formowanie negatywowe).

7. Formowanie negatywowe tabela pomiarowa

1			2		3			4
płaszczyzna A1 grubość ścianki, mm		Płaszczyzna A1 grubość ścianki, mm			płaszczyzna A2 grubość ścianki, mm		płaszczyzna A2 grubość ścianki, mm
1	0,28	1		0,29	1	0,33	1		0,22
2	0,09	2		0,12	2	0,16	2		0,03
3	0,04	3		0,05	3	0,01	3		0,01
4	0,05	4		0,08	4	0,17	4		0,01
5	0,04	5		0,07	5	0,12	5		0,01
6	0,06	6		0,09	6	0,13	6		0,02
7	0,22	7		0,33	7	0,24	7		0,21

8. Obliczenia (formowanie negatywowe)

Współczynnik głębokości formowania:

9. Wnioski

Formowanie próżniowe umożliwia otrzymywanie cienkościennych elementów o znacznych gabarytach, dzięki temu ta technologia stosowana jest z powodzeniem przy produkcji różnych pojemników (np. przemysł spożywczy). Do zalet tej technologii należy niski koszt form, co zmniejsza ryzyko przy uruchomieniu nowej produkcji. Podczas formowania próżniowego można stosować wielokrotne formy, co zwiększa wydajność produkcji. Do głównych wad można zaliczyć wysoką cenę surowca (folia, płyty) w stosunku do granulatów oraz powstawanie znacznych odpadów poprodukcyjnych, których nie da się już zagospodarować w tej technologii. Wspominając o tym należy również dodać, że elementy wykonywane w ten sposób trzeba poddać obróbce wykańczającej (obcinanie naroży, wiercenie otworów, wykonywanie gwintów itp.). Dodatkową wadą jest także powstawanie pocienień ścianek co przekłada się na nierównomierną grubość ścianek elementów.

W trakcie przeprowadzonych pomiarów można zauważyć rozbieżność pomiędzy wynikami uzyskanymi podczas obliczeń w stosunku do pomiarów wykonywanych na elementach wykonanych w technologii formowania próżniowego. Jest to spowodowane niedokładnością pomiarów. Analizując uzyskane wyniki można jednak zauważyć, że współczynnik głębokości formowania podczas formowania negatywowego najbardziej zbliżony jest do stanu optymalnego (H/D = 0,4) w przypadku 3 elementu, ponieważ wynosi on dla niego 0,46.

Miejsca, w których sprawdzano grubość ścianek wypraski.

Miejsca, w których sprawdzano grubość ścianek wypraski.

---