Температурные пределы вакуумформования листовых материалов

Поскольку в высокоэластическом состоянии деформации обратимы, в отформованном изделии идут релаксационные процессы и с тем большей скоростью, чем выше температура его эксплуатации, что может изменить его форму. Формоустойчивость изделия (n) зависит от температуры формования и степени вытяжки листа и может быть определена в %%:

где δ _н -начальная толщина листа, δ _к -толщина листа после вытяжки. Соотношение между толщиной листа и удлинением находят из формулы:

,

где L _н и L _к, W _н и W _к – начальная и конечная длина и ширина. Степень вытяжки характеризуют также отношением высоты (глубины) изделия к его ширине. Изделия, отформованные при высоких температурах, менее подвержены короблению, чем при низких температурах. Формоустойчивость изделий, полученных с неравномерной вытяжкой, меньше, чем с равномерной, что необходимо учитывать при конструировании формы. При выборе способа формования исходят из того, что при вытяжке уменьшается толщина материала и делается неравномерной толщина стенок изделия, меньше вытягиваются участки пленки, касающиеся холодной стенки формы.

При вакуумформовании без предварительной вытяжки (А) лист 2 закрепляют в прижимной раме 3 над вакуумной камерой 4, греют до заданной температуры нагревателем 1 и создают в ней разрежение (рис.2.45). Лист втягивается в свободное пространство камеры, не касаясь ее стенок, и образует полусферу, размеры и конфигурация которой зависят от размеров и формы отверстия камеры и степени вытяжки листа. Когда полусфера достигнет определенной глубины, разрежение в вакуумной камере уменьшают так, чтобы разность наружного и внутреннего давлений воздуха была достаточной для удержания формы изделия до полного остывания. Так получают изделия из полиакрилатов с высокими оптическими свойствами. Наиболее четко оформляется поверхность, соприкасающаяся с формой, поэтому при высоких требованиях к внутренней поверхности изделия выбирают выпуклую форму-пуансон (позитивный метод), а к внешней поверхности – вогнутую форму-матрицу (негативный метод). Негативное формование (Б) с небольшой вытяжкой (до 0, 5) дает изделия с наружной поверхностью, воспроизводящей форму и рисунок поверхности матрицы 5, а позитивное (В) – изделия с внутренней частью, точно воспроизводящей форму и рисунок поверхности пуансона, а стенки имеют наибольшую толщину в верхней части изделия.

При формовании изделий с предварительной вытяжкой лист 2 закрепляют в зажимной рамке 3, прогревают нагревателем 1 и вытягивают пуансоном 4, поднимающимся вверх вместе с подвижным столом 5 вакуумформовочной машины (рис.2.46). Далее в результате отсасывания воздуха через каналы в пуансоне лист прижимается к нему и окончательно формуется в изделие, которое вынимается из формы после того, как закончится его охлаждение, опустится вниз пуансон и откроется зажимная рамка. С применением механической вытяжки листа устраняется его разнотолщинность, и получаются из тонких и толстых листов глубокие изделия с вертикальными стенками и малыми радиусами закругления на ребрах, а степень вытяжки при позитивном формовании достигает единицы.

Вакуумформование изделий с применением толкателя, который может обогреваться и при опускании создает под разогретым листом теплоизолиру-ющую прослойку воздуха, предотвращает его преждевременное охлаждение и повышает равномерность вытяжки в верхнем участке матрицы (рис.2.47). При нижнем положении толкателя, в форме создается разрежение, и лист прижимается к внутренней поверхности матрицы, воспроизводя ее форму.

Способ позволяет получать изделия с большой глубиной и степенью вытяжки больше единицы, равномерной толщиной стенок и хорошим качеством поверхности. При вакуумформовании с предварительной вытяжкой сжатым воздухом по позитивному методу (рис.2.48) лист 2 в раме 3 закрепляют по периметру герметичного корпуса 6, разогревают нагревателем 1 и раздувают сжатым воздухом до полусферы. С помощью подвижного стола 5 закрепленный на нем пуансон 4 вводят внутрь полусферы, прекращают подачу сжатого воздуха и подключают вакуум, в результате чего лист плотно прижимается к поверхности пуансона. Изделия получают с очень равномерной толщиной стенок и высоким качеством поверхности.

По негативному методу (рис.2.49) лист 3, закрепленный в прижимной раме 4 под нагревателем 2, слегка раздувают сначала сжатым воздухом во внутреннюю полость матрицы 5, а затем опускаемым сверху толкателем 1. Создаются две воздушные подушки, защищающие от преждевременного соприкосновения находящегося между ними листа с холодными стенками матрицы и толкателя, появления дефектов на его поверхности, что повышает равномерность его вытяжки до 1, 5. При достижении толкателем нижнего положения подачу сжатого воздуха прекращают, и в матрице создают разрежение, благодаря чему происходит окончательное оформление изделия.

Стеклопластики можно формовать методомнамотки на пуансон волокнистого наполнителя в виде стеклонитей или стекложгутов, пропитки полученной заготовки изделия под давлением в замкнутой форме термореактивным связующим и отверждения под вакуумом (рис.2.50). Окружнаянамотка на вращающуюся оправку под углом 90 ^о к оси позволяет получать изделия с однонаправленным расположением волокон (бандажи электромоторов, шпангоуты), а при комбинировании их с стеклотканью, стеклолентой и стеклошпоном - с перекрестным расположением волокон. Спиральная намотка позволяет укладывать нити под любым углом от 25 ^о до 85 ^о к оси изделия и за счет этого приводить анизотропию его прочности и жесткости в соответствие с условиями его нагружения. Многокоординатные намоточные станки позволяют автоматизировать этот процесс при получении труб, обечаек с днищами и деталей конической формы. Разновидность спиральной намотки – «геодезическая», при которой нить удерживается на сложной поверхности изделия под натяжением без соскальзывания. Заготовки конусных изделий с углом при вершине до 15-20 ^о получают «мокрым» способом - пропиткой в связующем и окружной намоткой, а с углом до 30 ^о – «сухим» способом намотки предварительно пропитанных и собранных в ленту полуфабрикатов. При продольно-поперечной намотке пропитанные ленты выкладывают в заготовке вдоль оси изделия (трубы высокой прочности) и наматывают поперек оси. Сферические и сплющенные у полюсов изделия получают планарной намоткой стеклонити на вращающуюся оправку.

Методом послойной накладки на пуансон 1 пропитанных слоев препрега формуют заготовку 2, на которую последовательно укладывают стеклотекстолитовую или металлическую цулагу 3 и дренажный слой 4, представляющий собой металлическую сетку или стеклоткань (рис.2.51). Далее надевают эластичный мешок 5 (чехол), который с помощью крепления 6 герметично соединяют с формой, и из-под него вакуумным насосом откачивают воздух. Возможно такое же формование изделия на матрице 8 (II) и отверждение связующего в термошкафу 7 (вакуумный способ), а если требуется более высокое давление, - в пресскамере или автоклаве. При вакуумном способе формования давление составляет 0, 05-0, 09 МПа. Для предотвращения приклеивания стеклопластика к форме и цулаге их покрывают антиадгезивным слоем. Температуры формования изделий с эпоксидными, фенольными и полиэфирными связующими - 120-200 ^о С, с кремнийорганическими - 200-250 ^о С и с полиимидными - до 350 ^о С.