Экструзионно-выдувное формование
01.09.2022 265Полые и объемные изделия из термопластов - канистры, бочки, бутыли, флаконы, игрушки и т. п. – чаще всего получают методом раздувного формования. Производство изделий этим методом осуществляется в две стадии: сначала получают трубную заготовку с температурой несколько ниже температуры плавления, которую затем раздувают сжатым воздухом. В основе этой технологии лежит использование не только пластической, но и преимущественно высокоэластической деформации.
В зависимости от выбранного способа получения заготовки различают два метода раздувного формования: экструзионный и литьевой.
Экструзионный метод раздувного формования: с помощью экструдера формуется заготовка в виде трубки (рукава), которая затем поступает в форму, в которой происходит процесс формования изделия за счет создания внутри заготовки повышенного давления воздуха.
Благодаря большой производительности и высокому уровню автоматизации этот метод является в настоящее время основным способом формования полых изделий и, в результате ряда усовершенствований, позволяет получать изделия объёмом от единиц миллилитров до нескольких десятков и даже сотен литров.
Технологический процесс получения изделий методом экструзионно-выдувного формования складывается из следующих операций:
- гомогенизация расплава и выдавливание рукавной заготовки;
- раздув заготовки в форме и формование изделия;
- охлаждения изделия и его удаление из формы;
- окончательная обработка готовых изделий.
Для изготовления полых изделий применяются, как правило, экструдеры сравнительно небольших размеров, с диаметром шнека 50-90 мм. Поскольку сопротивление головки сравнительно невелико, а основным требованием является получение расплава с высокой однородностью, длина шнека не превышает 15 – 18 D.
Расплавленный и гомогенизированный в экструдере материал выдавливается из головки вниз в виде трубчатой заготовки, которая попадает в открытую к этому моменту форму. После того, как длина заготовки достигнет необходимой величины, полуформы смыкаются, зажимая нижний и верхний края заготовки своими бортами. При этом происходит сварка нижнего конца заготовки и оформление отверстия на ее верхнем конце (или наоборот). После смыкания формы в нее через дорн или ниппель подается сжатый воздух, под действием которого размягченный материал рукава принимает конфигурацию внутренней полости формы.
Формование заготовки является важнейшей операцией, которая во многом определяет свойства и качества готового изделия. Поступающий в мундштук расплав должен быть гомогенным, иметь постоянную температуру по всему периметру заготовки и выдавливаться равномерно (без пульсации). При получении изделий, имеющих в сечении форму прямоугольника, эллипса и т. п., а также изделий сложной конфигурации, сечение формующей щели делают неодинаковым: участки заготовки, которые раздуваются больше, должны иметь большую толщину. Следует иметь в виду, что выдавливаемая заготовка имеет большую толщину, чем сечение формующего зазора вследствие так называемого «разбухания» экструдата, носящего релаксационный характер.
Разбухание экструдата определяется геометрией формующего канала, скоростью выдавливания заготовки и в значительной степени может быть учтено на стадии выбора технологом формующего инструмента. В целом, разбухание рукава уменьшается с увеличением длины канала в головке, ростом температуры расплава. При увеличении скорости выдавливания заготовки разбухание возрастает. Изменение толщины стенки заготовки в результате растяжения можно уменьшить за счет снижения температуры расплава.
При формовании продолговатых и длинных изделий было отмечено, что из-за вытягивания пластичной заготовки под действием собственного веса толщина стенок верхней части изделия оказывается меньшей, чем нижней части.
Разнотолщинность заготовки зависит от скорости выдавливания расплава, его вязкости и веса заготовки. Обычно формование заготовки ведут при минимально возможной температуре расплава и высокой скорости экструзии. Минимальная разнотолщинность достигается при коэффициенте раздува 3-3,5.
В зависимости от конструкции изделия и формующего инструмента подача сжатого воздуха для формования изделия может производиться через дорн (сверху), через специальный ниппель (снизу) или через полую иглу (рис. 1). Последний способ применяется главным образом при производстве замкнутых изделий (без отверстия), так как формующее отверстие в этом случае очень мало и затягивается после удаления иглы разогретым материалом.
Рис. 1. Варианты подачи сжатого воздуха сверху (I), снизу (II), через дутьевую иглу (III):
а - смыкание полуформы; б - раздувание заготовки и охлаждение изделия; в - размыкание форм и съем изделия
Стадия раздува заготовки начинается после смыкания полуформ и защемления части контура будущего изделия пресс-кантами формы; одновременно трубчатая заготовка отделяется от формующей головки. Раздув заготовки первоначально носит «свободный» характер - изменение толщины происходит достаточно равномерно, и раздуваемый рукав имеет форму «пузыря». Затем расширяющая заготовка соприкасается с формой и охлаждается. На качество изделия на этой стадии процесса формования решающее влияние оказывают давление воздуха и температура заготовки. С увеличением давления улучшается качество поверхности, снижается коробление, уменьшается время охлаждения.
Стадия охлаждения начинается с момента контакта заготовки с поверхностью охлаждаемой формы и заканчивается после охлаждения наиболее толстых участков изделия, примыкающих к горловине или днищу. Преждевременное извлечение изделий сопровождается размягчением соседних с горловиной участков и их необратимым деформированием.
Основным фактором на этой стадии является температура формы.
Она не только отражается на качестве готовых изделий, но и определяет производительность процесса, так как охлаждение составляет от 50 до 75 % времени цикла формования. Поэтому используют интенсивное охлаждение форм различными хладагентами, подачу в полость изделия охлажденного воздуха, водяного тумана, жидкого азота и углекислоты.
Время охлаждения можно сократить понижением температуры расплава (может сопровождаться ухудшением качества поверхности готовых изделий) и повышением давления воздуха, что способствует улучшению теплоотдачи от изделия к стенке формы.
После охлаждения изделия форма раскрывается, готовое изделие извлекается и направляется на окончательную обработку (удаление приливов, снятие заусенцев и т. п.).
Помимо экструдера технологическая схема включает также механизм перемещения, разъема и смыкания формы с гидравлическим или пневматическим приводом (рис. 2).
Так как процесс формования распадается на две неравные по продолжительности стадии: короткую стадию выдавливания заготовки и длительную - формования и охлаждения изделия, то для повышения производительности большинство установок выполняется либо многопозиционными, с несколькими формами (рис. 3), либо снабжается двух- и более канальной формующей головкой, иногда с несколькими мундштуками на каждом из каналов.
Рис. 3. Многопозиционный экструзионно-выдувной агрегат.
Производство изделий методом экструзии с раздувом сопровождается образованием значительного количества отходов (до 35 %). Большая их часть вполне пригодна для повторной переработки на тех же установках после перевода их в гранулы. При этом количество добавляемых к свежему сырью отходов не должно превышать 30 - 40%.
Литьевой метод раздувного формования предполагает получение заготовки методом литья под давлением.
В этом случае расплав из цилиндра термопластавтомата впрыскивается в литьевую форму и трубчатая заготовка оформляется в зазоре между стенками формы и внутренним пустотелым сердечником. Заготовке может быть придана необходимая форма, причем горловина, ручки, необходимые приливы на наружной поверхности оформляются сразу при литье. После окончания процесса литья форма размыкается, и сердечник вместе с горячей заготовкой перемещается в другую форму, где после смыкания полуформ осуществляется процесс раздува за счет подачи сжатого воздуха во внутреннюю полость. При этом размер изделия увеличивается, а толщина стенок уменьшается.
Так как геометрическая форма заготовки задается заранее, этот метод позволяет получать сложные по конфигурации изделия, изделия с равномерной толщиной стенок и необходимым соотношением толщины стенок в разных его частях.
Наибольшее распространение получил другой вариант этой технологии, когда стадии отливки заготовки и ее раздува разделены. Заготовка, называемая преформой, отливается в многогнездной форме на термопластавтомате и полностью охлаждается. Раздув заготовки осуществляется воздухом на специальном агрегате после ее предварительного разогрева, с последующим охлаждением в форме.
Этим методом производятся бутылки для всевозможных безалкогольных напитков, минеральной воды и т. п.. Разделение стадий формования заготовки и ее раздува (как правило, у потребителя) позволяет достигнуть высокой производительности при изготовлении как заготовок, так и готовых изделий.
Изготовление пустотелых изделий раздуванием позволяет уменьшить толщину их стенки, сокращает расход дорогостоящего полимерного материала вследствие отсутствия пресс-кантов и приливов, увеличивает прочность и улучшает внешний вид продукции.
Недостаток изделий, изготовленных этим методом, в том, что все изделия обладают способностью необратимо утрачивать свою форму при повышении температуры выше температуры размягчения, что накладывает ограничения на температурный интервал их эксплуатации.
Источник журнал «Полимерные материалы: изделия, оборудование, технологии»
http://www.polymerbranch.com/termoplast/view/7/7.html#v7