Производство изделий из пластика путем вакуумной формовки

Вакуумной формовкой называется процесс производства серийных или единичных изделий из листовых полимерных материалов путем придания им формы матрицы под воздействием температуры и вакуума. В процессе производства изделия лист пластика нагревается до температуры размягчения и плотно облегает поверхность матрицы за счет создания отрицательного давления.

В серийном промышленном производстве для вакуумного формования изделий применяется современное высокотехнологичное оборудование, осуществляющее процессы разогрева сырья и откачки воздуха в режиме постоянно действующего конвейера.

В качестве сырьевых заготовок могут использоваться практически все полимеры, обладающие свойствами термопластов (полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид, поликарбонат и другие).

Методом вакуумной формовки выпускаются пластиковые изделия для всех направлений и сфер деятельности, в том числе:

• для авиационной, автомобильной и судостроительной отраслей промышленности;
• для производства упаковочной тары и емкостей всех видов;
• для нужд пищевого производства, химической промышленности, медицины;
• для производства бытовой техники, приборов и оборудования;
• для нужд строительства и дизайна.

Технология производства

Особенностью метода вакуумной формовки является возможность протекания производственного процесса с невысоким отрицательным давлением. Такие процессы не требуют наличия мощного оборудования, высокопрочных матричных форм и значительных расходов энергоносителей. Вследствие этого производство считается экономным, а готовые изделия имеют низкую себестоимость.

Широкие возможности для применения автоматизированных производственных процессов позволяют наладить непрерывный цикл изготовления продукции самого различного назначения. Немаловажную роль играет и то, что для формовки используются готовые листовые материалы, не требующие глубокой переработки сырья.

Стандартный метод вакуумной формовки состоит из нескольких этапов, включающих в себя:

• фиксацию заготовки на матрице;
• нагрев полимерного листа;
• предварительное растяжение листа;
• откачку воздуха из матрицы и вдавливание заготовки;
• охлаждение материала;
• извлечение изделия из матрицы;
• окончательную доработку изделия.

Для того чтобы понять, что представляет собой вакуумная формовка пластика, необходимо подробно рассмотреть все стадии производственного процесса.

Фиксация заготовки

Листы полимера крепятся к матрице при помощи зажимной рамы. Фиксирующие элементы должны обеспечивать прижимное усилие, достаточное для удержания листов толщиною до 6 мм. При автоматизированной подаче заготовок на формовку работа подвижных элементов прижимной рамы должна исключать возможность повреждения готового изделия.

Нагрев заготовки

Главной особенностью этого этапа работ является обеспечение равномерного прогрева всего объема заготовки, так как в противном случае плотного прилегания материала к форме матрицы добиться не удастся. В технологии вакуумной формовки для нагрева заготовок применяются, как правило, инфракрасные излучатели и кварцевые лампы.

Общая площадь поверхности заготовки делится на несколько зон, каждая из которых нагревается отдельным элементом, а температура нагрева контролируется при помощи специальных пирометров. Данные о температуре обрабатываются компьютерной системой для своевременной корректировки разницы нагрева различных участков заготовки.

До окончания процесса нагрева лист полимера должен сохранять свое первоначальное положение. Провисание пластика фиксируется фотоэлектрическим сканером, после чего система дает команду, и в аппарат подается воздух для корректировки формы заготовки. Благодаря этому исключается возможность разрыва материала.

Предварительное растяжение листа

В некоторых случаях в процесс производства включают предварительное растяжение материала, называемое также раздувом. Растяжение выполняется после достижения пластиком рабочей температуры формовки и служит для выравнивания толщины заготовки. Процесс раздува необходим при формовании заготовок на глубоких матрицах со сложной геометрией поверхности.

Откачка воздуха и вдавливание заготовки

После предварительного нагрева и растяжения закрепленной заготовки из аппарата для формовки производится откачка воздуха вакуумным насосом. При снижении давления внутри аппарата полимерный материал, достигший состояния пластичности, начинает облегать форму матрицы.

В зависимости от требований, предъявляемых к конечному продукту, технология вакуумной формовки, может совмещаться с технологией штампования при помощи пуансона. В этом случае помимо откачки воздуха на заготовку сверху воздействует специальная конструкция, профиль которой повторяет поверхность матрицы.

Комбинацией этих методов можно добиться максимальной точности заданных форм деталей, а также обеспечить равномерное распределение полимерного материала по поверхности матрицы, полностью исключив образование складок и участков с различной толщиной.

Охлаждение изделия и извлечение из матрицы

Во избежание повреждения детали при извлечении из матрицы необходимо дождаться полного остывания материала. Если применяемое для процесса вакуумная формовка пластика оборудование оснащено системами воздушного охлаждения, время остывания изделий может быть сокращено на 20-30%.

Для изготовления наиболее ответственных деталей вакуумные матрицы оснащаются системами управления температурными процессами.

Наличие таких систем позволяет добиваться равномерного охлаждения изделия, что способствует повышению его эксплуатационных качеств. Извлечение остывшей детали из матрицы происходит под воздействием создаваемого внутри давления.

Окончательная обработка

Изделие, извлеченное из матрицы необходимо отделить по контуру от излишков полимерного материала. Сформованная деталь может являться полуфабрикатом для дальнейшего сборочного производства. Для этого изделие может разрезаться, в нем могут высверливаться отверстия для крепежных элементов и делаться пропилы для вставок.

Для окончательной обработки материала могут использоваться:

• механический обрезной пресс;
• ленточная пила вертикального или горизонтального типа;
• станок строгально-шлифовальный;
• фрезерный станок;
• сверлильный станок;
• ручной механический и электроинструмент.