POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH

WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY

AUTOMATYKA I ROBOTYKA

SPRAWOZDANIE Z:

Metody kształtowania materiałów metalowych i polimerowych

LABORATORIUM

Temat : Formowanie próżniowe wyrobów z termoplastycznych tworzyw sztucznych

1. Wstęp teoretyczny

Formowanie próżniowe polega na nagrzaniu płyty lub folii z termoplastycz­nego tworzywa sztucznego do temperatury miękntenia, a następnie uformowa­niu kształtu wyrobu, pod działaniem podciśnienia w formie i jego utrwaleniu przez ochłodzenie.

Jest to więc metoda wtórnego przetwórstwa, a surowcem wyjściowym są płyty lub folie uformowane uprzednio na wytłaczarce lub kalandrach.

Technologia formowania próżniowego zastępuje w znacznym stopniu tech­nologię wtrysku. Metodą tą można wytwarzać wyroby o bardzo małej grubości ścianki (rzędu setnych części mm) i o znacznych gabarytach (rzędu kilku m²), co nie jest możliwe do uzyskania na wtryskarkach.

Wyroby produkowane tą techniką to w przeważającej większości opakowa­nia, w formie wszelkiego rodzaju pojemników otwartych, z reguły dzielonych w płaszczyźnie największego przekroju.

Do zalet formowania próżniowego zalicza się:

możliwość wytwarzania wyrobów o bardzo małej grubości ścianek i o znacznych gabarytach,

niski koszt form, co zmniejsza ryzyko przy uruchamianiu nowej produkcji,

• możliwość stosowania form wielokrotnych, zwiększających wydajność
  produkcji,

• swoboda wyboru surowca do formowania.

Do wad zaliczyć należy:

• wysokie ceny surowca - ceny płyt i folii są ok. 100% wyższe od cen granu­latu,

• powstawanie znacznych odpadów poprodukcyjnych przy obcinaniu (okra­waniu), których nie da się bezpośrednio zagospodarować w tej technologii,

• nierównomierności w grubości ścianek wyrobu - pocienienia w narożach

• niemożność wykonania w jednej operacji otworów oraz gwintów,

• konieczność wykonywania obróbki wykańczającej (obcinanie obrzeży,
  wiercenie otworów itp.).

Tworzywa stosowane w metodzie formowania próżniowego

Do formowania próżniowego stosuje się półprodukty z termoplastycznych tworzyw sztucznych w postaci płyt i folii. Do najczęściej przetwarzanych tą metodą tworzy w sztucznych zalicza się:

polistyren (PS),

polichlorek winylu (PVC),

polimetakrylan metylu (PMM), - polietylen (PE),

polipropylen (PP),

celuloid oraz octan celulozy.

Stosuje się również tzw. folie laminowane, np. folia PVC z powłoką poliety­lenową charakteryzujące się sztywnością oraz lśniącą powierzchnią.

Tworzywa przetwarzane metodą formowania próżniowego muszą spełniać następujące wymagania:

posiadać szeroki zakres temperatur, w którym możliwe jest termoformowanie, umożliwiać uzyskanie odpowiedniej głębokości formowania: H/D (stosunek wysokości formowania do średnicy),

• powinny dobrze płynąć, dokładnie wypełniać zagłębienia i układać się na krawędziach formy,

• folie lub płyty powinny charakteryzować się jednorodnością materiału w całym przekroju (bez pęcherzy), wtrąceń, dziur, mieć lśniącą po­wierzchnię i stałą grubość,

• powinny ulegać pod wpływem ogrzewania całkowitemu i równomierne­mu zmiękczeniu tak, aby można było formować wyroby przy nad ciśnieniach lub różnicy ciśnień rzędu 1 bara (0,1 MPa),

• mieć odpowiednią wytrzymałość cieplną aby powierzchnia folii nie ule­gała uszkodzeniu termicznemu podczas nagrzewania,

• zachować kształt po formowaniu i wytrzymałość wynikającą z cech mate­riału wyjściowego.

Parametry techniczne procesu formowania próżniowego

- Czas nagrzewania materiału można wyznaczyć z zależności [1]:

gdzie:

c - ciepło właściwe materiału [J/kg deg],

y - gęstość materiału [kg/m³],

t₁ - temperatura początkowa materiału [°C],

t₂ - temperatura mięknienia materiału [°C]

δ - grubość nagrzewanego materiału [m],

Wadą tej metody jest pocienianie ścianek wyrobu wraz z głębokością for­mowania (rys.2). Optymalny stosunek głębokości formowania (H) do średnicy (D) wynosi : H/D = 0,4. Możliwe jest jego nawet dwukrotne zwiększenie przez zastosowanie pochylenia ścianek.

Rysunek 2: Przykładowy rozkład grubości ścianek wyrobu jako wynik formowania negaty­wowego

Zmniejszenie efektu pocienienia można również uzyskać stosując. tzw. ekranowanie, polegające na osłanianiu przed nagrzewaniem miejsc na folii, które w czasie formowania najbardziej ulegają wyciąganiu, lub stosując czę­ściowe przytrzymywanie folii przez ramę dociskową ze sprężynami

Przy większych głębokościach formowania (H/D > 0,5) stosuje się dodatko­wo rozciąganie mechaniczne folii po jej ogrzewaniu (rys.4).

Rys. 3. Formowanie negatywowe z częściowym przytrzymaniem folii

Przy większych głębokościach formowania (H/D > 0,5) stosuje się dodatko­wo rozciąganie mechaniczne folii po jej ogrzewaniu (rys.4).

Rys. 4. Formowanie negatywowe z mechanicznym rozciąganiem folii: 1 - folia, 2 - stem­pel, 3 - forma

Formowana płyta odkształca się na skutek różnicy pomiędzy ciśnieniem atmosferycznym i ciśnieniem w formie, którą można określić następująco:

- stosunek objętości akumulatora v_A urządzenia próżniowego do objętości formy v_F

Vj - objętość powietrza usuniętego z formy, p_a - ciśnienie atmosferyczne,

Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie polegało na zastosowaniu metody formowania próżniowego w celu utworzenia pojemnika z tworzywa sztucznego z płyty materiałowej polistyrenowej, przy pomocy urządzenia posiadającego grzałkę oraz pojemnik próżniowy (forma) gdzie odsysane powietrze za pomocą sprężarki powodowało odkształcenie nagrzanej folii

pomiar wg rysunku	Grubość wypraski nr 1 15s [mm]	Grubość wypraski nr 2 20s [mm]	Grubość wypraska nr 3 25s [mm]
1	0,04	0,03	0,01
2	0,1	0,06	0,03
3	0,25	0,14	0,23
4	0,4	0,5	0,63
5	1,2	1,25	1,28

Pomiaru grubości dokonano za pomocą mikrometru warsztatowego który posiadał błąd ok.0,05 mm. Utworzono 3 wypraski w zależności od długości nagrzewania płyty 15, 20, 25 s można zauważyć jak rozkłada się grubość ścianki wypraski w zależności od miejsca pomiaru.

Wnioski

Optymalnym czasem nagrzewania jest czas 20 sekund, analizując wyniki można dojść do wniosku że najbardziej narażonym na rozerwanie miejscem wypraski jest dno, natomiast im bliżej górnej jej części grubość ścianki nie zmienia się diametralnie jak w przypadku części dennej.

---