Главное различие между вакуумным и стандартным термоформованием пластика заключается в методе его формирования из нагретого листового материала.
Обычное термоформование осуществляется путем нагрева листа термопластичного материала до пластичного состояния, затем он подвергается механическому воздействию пуансона или матрицы. Чтобы достигнуть отчётливых форм и углублений необходимо создать высокое давление. Данный способ наиболее эффективен во время производства продукции простой формы, где присутствуют невысокие требования к точности изготовления мелких деталей.
Формование под давлением (вакуумное) осуществляется путем нагрева листа термопластичного материала до пластичного состояния затем под воздействием разрежения воздуха его втягивают в пресс-форму. Чтобы достигнуть четких линий и углублений необходимо создать пониженное давление. Данный способ наиболее эффективен во время производства изделий более сложных форм, где при высокой производственной скорости происходит экономия в расходе материалов, и объединение разнообразных функциональных элементов в готовое изделие.
Выбор между классическим и формование под давлением обуславливаются особенностями задач производства: требованиями к продукции, формам, размерам, уровнем точности и производства.
Основные типы технологических процессов в производстве
Растущий интерес к пластическому формованию на мировом рынке способствовала разработке множеству технологических решений.
1. Простое вакуумное формование
Данный способ заключается в том, что нагретый до пластичного состояния термопластичный лист, прижимается к форме посредством вакуума. Данный вариант применяется для изготовления изделий с простой формой.
2. Формование с подпором
Модифицированный метод термоформования, где для улучшения качества изделия в пресс-форму под давлением подается азот или сжатый воздух. Такой подход позволяет компенсировать усадку материала обеспечивая более точное воспроизведения формы матрицы. Метод особенно эффективен при производстве тонкостенных изделий со сложной геометрией.
3. Супер жесткое формование
Данный способ используется для производства прочных жестких деталей значительной толщины из материалов таких как полипропилен и АБС-пластика. В данном процессе после того как как нагретый лист прижимается к форме с помощью вакуума, пресс-форма подвергается дополнительному обжатию с высоким усилием.
4. Многоматричное формование
Применение пресс-форм, с несколькими отдельными матрицами, позволяющими одновременно производить несколько изделий в рамках одного цикла, что существенно повышает эффективность и скорость производства.
5. Формование многослойных изделий
Процесс производства многослойных изделий представляет собой современную технологическую методику, при которой создается многоуровневая система с индивидуальными параметрами. Здесь используются разные функциональные вставки, компоненты, дополнительные элементы и др. Эти элементы заранее размещаются в пресс-форме, что позволяет интегрировать их в готовое изделие.
6. Формование нетрадиционных материалов
Открывает новые горизонты вакуумного формовании, позволяя работать с материалами, выходящими за пределы традиционных термопластов, таких как ПВХ, полипропилен, полистирол и АБС. Здесь задействованы листы из биоразлагаемых полимеров, древесно-полимерных композитов и армированных волокнами пластиков, и другие инновационные составы.
Нагревательные элементы для нагрева листов
Для нагрева материала, перед началом процесса формования, используют разнообразные типы излучателей, каждый из которых имеет свою специфику:
- 1. Кварцевые. Представляют собой трубчатые нагревательные элементы, с колбой заполненные галогеном. Они отличаются высокой теплоотдачей, быстрым нагревом, компактными размерами и длительным периодом эксплуатации. Помимо использования данных излучателей им необходимо определять точное позиционирование относительно обрабатываемого материала, а их стоимость выше, чем у других.
- 2. Керамические. выполнены из керамического корпуса, внутри которого расположен нагревательный элемент. Обеспечивают равномерный нагрев, обладают длительным сроком эксплуатации и сравнительно невысокую стоимость. При всем этом, по сравнению с кварцевыми излучателями, имеют медленный нагрев, а также большие габариты.
- 3. Инфракрасные обеспечивают равномерный и эффективный нагрев, обладают высокой энергоэффективностью, и компактными размерами. Вопреки аналогам ИК нагреватели значительно сокращают время нагрева — при подготовительной сушке листового пластика.
- 4. Индукционные ТЭНы. Функционируют за счет энергии токов в проводниках. Предоставляют быстрый и эффективный нагрев непосредственным контактом с материалом. Они подходят только для электропроводных материалов, их оборудование требует существенных издержек.
- 5. Электрические нагреватели — это проволочные или ленточные элементы, которые нагреваются при прохождении электрического тока через них. Они востребованы благодаря простой конструкции, доступной ценой, они равномерно нагревают пластичные материалы, позволяют контролировать температурный режим. Данным излучателям необходима защита от перегрева, а также периодически их обновлять. Электрические ТЭНы можно интегрировать в пуансоны, плиты или устанавливать в зоне нагрева.
Выбор типа излучателей зависит от: точности нагрева, размеров оборудования, а также финансовых возможностях проекта. Чтобы достичь наилучших результатов рекомендуют комбинировать несколько типов нагревателей.
Обзор процесса вакуумного формования
Для формования применяются термопластичные полимеры, поставляемые в виде гранул или листовых заготовок. Сначала гранулы проходят экструзию для изготовления листов. Подготовленные листы нагревают в специальных печах до состояния мягкости и пластичности. Исходные материалы: ПВХ, полипропилен, полистирол, АБС-пластик, полиэтилен, а также биополимеры, древесно-полимерные композиты и множество других термопластов.
Формование изделия
Нагретый до пластичного состояния лист аккуратно размещается над горячей пресс-формой соответствующей заданной формы. Посредством вакуумной системы создается разрежение, под действием которого лист прилегает к поверхностям формы. При увеличении уровня вакуума лист плотно обволакивает все элементы рельефа пресс-формы.
По окончанию процесса формовки и затвердевания изделия в конечной форме, готовую деталь извлекают из пресс-формы при помощи выталкивающих штоков или робота-манипулятора.
Перейдём к анализу основных компонентов, которые входят в состав технологического процесса.
Промышленные печи, оборудованные системами циркуляции горячего воздуха или инфракрасными излучателями, позволяют контролировать температуру нагрева и обеспечивают равномерное прогревание листов. Возможна загрузка листов в автоматическом режиме.
Высокопроизводительные вакуумные насосы обеспечивают создания необходимого уровня разрежения под пресс-формой. Они оснащены системами вакуумирования с регулируемой мощностью и возможностью программирования режимов работы на разных этапах цикла обработки.
Конструкции противодавления (подпора) предназначены для подачи сжатого газа в полость пресс-формы. Они работают в синхроне с вакуумными системами.
Пресс-формы изготавливаются из высококачественных алюминиевых сплавов или жаропрочных сталей. Они обладают сложной геометрией с тонкими элементами и мельчайшими деталями, обеспечивает точное воспроизведение изделий. Для того чтобы ускорить процесс формовки применяют системы быстрой смены форм, оснащенные функциями подогрева и охлаждения.
Гидравлические системы необходимы в обеспечении высокого уровня сжатия, особенно при формовании твердых деталей. Позволяют настраивать параметры обжатия в соответствии с требованиями процесса.
Автоматизированные манипуляторы представляют собой высокотехнологические устройства, выполняющие функции загрузки и выгрузки. Перемещают листовые материалы в печь, а также достают пресс-формы с готовой продукцией.
Системы ЧПУ управляют всеми параметрами технологического процесса: температур, уровень разрежения/давления, режимы обжатия, циклы загрузки и выгрузки материалов. Благодаря внедрению программного обеспечения происходит оптимизация технологических циклов под разные типы продукции.
За счет высокой автоматизации становится возможным непрерывное серийное производство с минимальным вмешательством человека. Современные линии по вакуумному формованию обладают высокой гибкостью и имеют возможность оперативно переключаться на выпуск новых изделий.
Разберем отдельно каждую операцию технологии вакуумного термоформования.
I – процесс нагрева полимерного листа;
II – Использование сжатого воздуха для предварительного вытягивание материала;
III – перемещение вверх рабочего стола вместе с пуансоном;
IV – финишное преобразования заготовки в готовое изделие;
1 – элементы электронагрева;
2 – листовая заготовка;
3 – рама прижимного типа;
4 – камера герметизации;
5 – пуансон;
6 – рабочая платформа-стол.
Области применения вакуумного формования пластиков
Вы, вероятно, сталкивались с множеством из нижеперечисленного, и, возможно, использовали их в повседневной жизни: выставочные стенды, POS-терминалы, отделочные пластиковые панели, защитные кожухи для коммуникаций, контейнеры для медикаментов, корпуса и панели управления для бытовой техники, спойлеры, расширители арок, обшивка в автомобиле, контейнеры и лотки для упаковки. Все эти изделия создаются с использованием технологии термического формования.
Даная технология находит применение в самых разных отраслях, открывая возможность производства множества изделий из пластмасс. С развитием новых материалов и совершенствованием оборудования сфера ее применения постоянно расширяется.
