Технології та устаткування для виробництва пластмасових та гумотехнічних виробів

 

Рисунок 9 – Вакуумно-формувальна установка

1 – форма-матриця; 2 – прокладки; 3 – притискна рама; 4 – електронагрівач; 5 – лист термопласту; 6 – отвори в матриці

Вироби з великою глибиною витяжки  проводять позитивним методом вакуумного формування (матеріал формується на поверхні опуклої форми-пуансона), вироби з  малою глибиною витяжки – негативним методом (матеріал втягується в поглиблення форми-матриці). Оптично прозорі деталі (наприклад, ковпаки літакових кабін) отримують при так званим вільному вакуумному формуванні, коли півсфера, що утворюється в результаті перепаду тиску, не стосується стінок камери (форма при цьому методі не потрібна), завдяки чому готовий виріб має гладку поверхню.

Позитивний метод  вакуумного формування

    Позитивний метод вакуумного формування є одним з найпоширеніших процесів формування. Устаткування є порівняно дешевим, а процес по технологічності простіший, ніж при використанні механічної дії і тиску. При вакуумному формуванні лист ПК затискається в раму і нагрівається. Коли лист досягне еластичного стану, він опускається в негативну форму у вигляді заглиблення. Повітря видаляється з форми за допомогою вакууму і під дією атмосферного тиску гарячий лист облягає форму по всьому контуру. Після охолодження виріб витягується з форми. При глибокому негативному формуванні зазвичай відбувається потоншення нижніх кутових частин виробу. Це відбувається через те, що гарячий лист спочатку опускається на дно в центрі форми. Внаслідок потоншення листа в кутових частинах виробу можуть утворюватися тріщини.

Негативвний метод  вакуумного формування

   Процес позитивного формування схожий на процес прямого вакуумного формування за винятком того, що після затискання і нагріву листа його механічно натягують на вакуумовану форму і за рахунок різниці тиску він облягає «позитивну» (опуклу) матрицю. При цьому лист має скрізь свою початкову товщину. Це дозволяє проводити формування із співвідношенням глибина/діаметр = 4/1, проте технологічно процес складніший, ніж у випадку прямого формування. Позитивні матриці простіші у виготовленні і дешевші, ніж негативні, проте перші легше ушкоджуються. Позитивне формування також можна здійснювати при використанні тільки сили тяжіння (без вакууму).

    Переваги вакуумного формування в порівнянні з іншими методами формування виробів з листа – малий питомий тиск, що дозволяє виготовляти форми з полімерів, що легко обробляються. Методом вакуумного формування отримують різні ємкості, вироби півсферичної форми, деталі холодильників і так далі.

  Лиття під тиском і пресування дозволяють виготовляти заготовки, армовані металевими елементами, які підвищують міцність деталей, але прес-форма і технологія при цьому ускладнюється.

  Окрім перелічених методів із листової пластмаси товщиною до 6,5 мм можна одержувати заготовки штампуванням, гнуттям, пробиванням та ін.

  При невисоких вимогах до точності виробів усі способи виготовлення пластмасових виробів дають змогу отримувати готову деталь. Лише для деяких точних деталей, наприклад втулок, необхідна подальша обробка різанням.

 

7. Пневматичне формування

     Пневмоформування (від греч. pneacute;uma – подих, повітря) – спосіб формування виробів з  листових термопластичних полімерів. При пневмоформуванні заготівку товщиною 1,5–10 мм закріплюють по контуру форми, нагрівають до температури, при якій полімер перебуває у високоеластичному стані, і оформляють у виріб під дією стисненого повітря, при чому надмірний тиск складає 50–2500 кн/м² (0,5–25 кгс/см²). Основні методи пневмоформування – негативне, позитивне, вільне – аналогічні використовуваним при вакуумоформуванні. Перевага пневмоформування перед вакуумоформуванням – можливість варіювання надмірного тиску на заготівку в широких межах, що дозволяє формувати вироби з листів більшої товщини.  Після формування заготовку обрізають по контуру у обрізному штампі під пресом.

    Отже, у цьому випадку окрім прес-форми необхідний ще й штамп. Прогресивний спосіб виробництва виробів з великою товщиною стінки – комбінування пневмоформування з механічним формуванням (наприклад, в пресі так зване механопневмоформування). Пневмоформування використовують при виготовленні деталей скління кабін літаків, різноманітних виробів санітарно-технічного і побутового призначення (наприклад, ванн, раковин, деталей холодильників), контейнерів та ін.

 

 

8. Зварювання пластмас

     Зварювання пластмас – технологічний процес отримання нероз'ємного з'єднання елементів конструкції за допомогою дифузійно-реологічної або хімічної взаємодії  макромолекул полімерів, в результаті якої між з'єднувальними поверхнями зникає межа розділу і утворюється структурний перехід від одного полімеру до іншого. Класифікація методів і способів зварювання пластмас (рис. 10) включає теплове зварювання, зварювання розчинниками і зварювання комбінуванням нагріву та дії розчинників. 

Теплове зварювання має найбільшу кількість способів. При цьому поділяють дві групи зварювання: з використанням зовнішнього теплоносія і з генеруванням тепла всередині зварюваного матеріалу за рахунок перетворення різних видів енергії.   

 

Зварювання нагрітим газом проводиться шляхом одночасного розігріву зварюваних виробів струменем гарячого газу-теплоносія, що нагрівається в спеціальному пристрої. Зварювання нагрітим газом виконують із застосуванням присадочного матеріалу (рис. 11) і без нього, вручну або з використанням спеціальних пристосувань і пристроїв для механізації процесу зварювання. Застосовується присадочний матеріал у вигляді прутків з різною формою перетину.

 

  При зварюванні за класичною схемою нагрівальний пристрій робить коливальні рухи в площині, утвореної напрямком шва і віссю присадочного прутка. Присадочний пруток притискають і утримують рукою, якщо він досить жорсткий, або за допомогою ролика, якщо пруток м'який. 
Застосовуючи спеціальні насадки до нагрівального пристрою, забезпечується одночасний підігрів зварювальних кромок і прутка, при цьому пруток втягується в отвір насадки при переміщенні пристрою вручну вздовж шва і притискається до крайок виступом на насадці. Зварювання без присадочного матеріалу може проводитися з підведенням тепла безпосередньо до зварюваних поверхонь (прямий метод) або з підведенням тепла до зовнішньої поверхні деталей (непрямий метод).

Рисунок 10 – Зварювання пластмас

Рисунок 11 – Зварювання нагрітим газом з застосуванням присадочного матеріалу

 

    Зварювання нагрітим інструментом базується на оплавленні поверхонь зварювання шляхом їх прямого контакту з нагрітим інструментом. Підрозділяється на зварювання інструментом, що видаляється з зони зварного шва (з підведенням тепла, як з зовнішньої сторони деталей, так і безпосередньо до з'єднувальних поверхонь), і зварювання елементом, що залишається в зварному шві.

     При зварюванні непрямим методом нагрітий інструмент дотикається до зовнішніх поверхонь деталей, що з'єднуються, а тепло передається до перекриваючих один одного зварюваних поверхонь за рахунок теплопровідності зварюваного матеріалу. Застосовуються стрічкове, роликове, пресове і термоімпульсне зварювання. При стрічковому зварюванні для нагріву зварюваних виробів і створення тиску використовується нагрітий інструмент у вигляді стрічки, а при роликовому - у вигляді ролика. При пресовому зварюванні для створення необхідного зварювального тиску застосовуються зварювальні преси, що дозволяють здійснювати крокове зварювання. При термоімпульсному зварюванні використовують малоінерційний нагрівач (стрічка або дріт), по якому періодично пропускають електричний струм; після відключення електроенергії зварний шов швидко охолоджується. 

       Серед способів зварювання з підведенням тепла до з'єднувальних поверхонь застосовуються стикова і розтрубна технологія зварювання. При стиковому та розтрубному зварюванні після оплавлення зварюваних поверхонь вироби розводяться, інструмент прибирається, а оплавленні поверхні з'єднуються під невеликим тиском і зварюються.   
 
  Технологія зварювання розплавом базується на використанні тепла розплавленого присадочного матеріалу, що подається між з'єднувальними поверхнями і передає частину свого тепла матеріалу з'єднувальних виробів, що веде до його плавлення та отримання нероз'ємного з'єднання. Підрозділяється на зварювання екструдиручою присадкою, розплавленим прутком і литтям під тиском. Ці способи зварювання можуть виконуватися як з попереднім підігрівом зварювальних поверхонь нагрітим газом або тепловіддачею від мундштука зварювального пристрою, так і без підігріву. При зварюванні екструдиручою присадкою - екструзійному зварюванні - розплав виходить за допомогою екструдера, що забезпечує безперервну подачу розплаву, а в якості вихідної сировини використовується гранульований матеріал. При зварюванні ленним прутком розплав виходить з розплавленого прутка шляхом його нагрівання в пристроях прямоточного типу, звідки розплав видавлюється безперервно надходячим ще не нагрітим присадним прутком, який змотується з бухти і подається в нагрівальний циліндр.

   Типове обладнання для зварювання пластмас показано на рис. 12.

 
 

Рисунок 12 – Обладнання для зварювання пластмас

 

 

 

 

3. Устаткування

 

1.  Каландри

Каландри (рис. 13) являють собою машини, призначені для розкочування гумової суміші в листи чи промазки нею тканин[6]. Стандартний каландр звичайно складається з трьох горизонтальних валів, розташованих один над іншим, хоча для деяких видів робіт використовуються чотирьохвальні і п'ятивальні каландри. Порожні каландрові вали мають довжину до 2,5 м і діаметр до 0,8 м. До валів підводяться пара і холодна вода, щоб контролювати температуру, вибір і підтримку якої мають вирішальне значення для одержання якісного виробу з постійною товщиною і гладкою поверхнею. Сусідні вали обертаються в протилежних напрямках, причому частота обертання кожного валу і відстань між валами точно контролюються. На каландрі виконуються нанесення покриття на тканину, промазка тканин і розкочування гумової суміші в листи. Схема процеса чотирьохвального каландрування змальована на рис. 14.

1 – перші вали

2 – другі вали

3 – гумова суміш

4 – готовий лист гуми

 

Рисунок 13 – Загальний вид каландра     Рисунок 14 – Процес каландрування

 

2. Машина для труби (вітчизняний та зарубіжний досвід)

    Проблеми та перспективи розвитку технологічних ліній для виготовлення полімерних труб , машинобудівної бази для їх створення нерозривно пов'язані з ринком виробництва полімерної трубної продукції.  
З часу останніх досліджень українського ринку минуло п'ять років. Багато проблем вирішені або ще вирішуються. Тема - виробництво труб і обладнання для цього - продовжує бути актуальною і проблемною, такою, що вимагає постійної до себе уваги.[9]

   На даний час полімерних труб виготовляється більше, ніж труб з усіх інших матеріалів разом узятих. Різноманіття типів затребуваних полімерних труб, різноманітність вихідних полімерів і композицій зумовлюють необхідність наявності безлічі технологій для виготовлення труб і, відповідно, спеціалізованого обладнання для реалізації цих технологій.

  В Україні сучасне  обладнання для виробництва полімерної трубної продукції не виготовляється, а тому фірми (в основному приватні), які спеціалізуються в цій галузі закуповують обладнання в інших країнах.

Наразі найкращим виробником обладнання для виготовлення полімерних труб є компанія - «PipeLife» (Норвегія). На рисунку 15 зображено обладнання для виготовлення гладких напірних труб.

 

Рисунок 15 – Обладнання для гладких напірних труб

Технологічна схема лінії для виготовлення гладких труб наведена на рис. 16. Гранульований матеріал, який переробляється, завантажується в бункер черв'ячного пресу за допомогою дозатора або безпосередньо завантажувачем. З бункера матеріал самопливом потрапляє до витків черв'яка (черв'яків), де під дією тепла дисипації і зовнішнього обігріву нагрівається і плавиться, стискається і гомогенізуються. У голівці  формується заготовка труби у вигляді кільця нескінченної ширини, яка в калібраторі приймає задану форму і розміри, що фіксуються при охолодженні. Остаточно труба охолоджується водою у ванні (ваннах). Протяжка труби через калібратор і ванни охолодження проводиться тягнучим пристроєм, а різка труби на мірні відрізки - планетарною пилкою.   Рисунок 16   Основними модулями обладнання (або технологічними операціями процесу), які визначають якість і продуктивність ліній при  виготовленні гладких труб, є: екструдер (підготовка розплаву); формуюча головка (формування заготовки труби); калібратор (формоутворення труби); ванни охолодження.    Фірми-виробники обладнання: «Reifenhauser» (Німеччина), «Cincinnati Exstrusion» (Австрія), «Zhejiang Jinhai Plastic Machinery" (Китай), «Weber» (Німеччина), «Shanghai Jwell Machinery »(Китай);« Wittmann »(Австрія),« Luigi Bandera »(Італія),« Amut »(Італія),« Leistritz »(Німеччина),« ДАК »(України),« Smart Extrusion Technologies »(США), «Luhua», (Китай); УкрНДІпластмаш (України); завод« Більшовик »(України).