Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

РОТАЦИОННОЕ ФОРМОВАНИЕ

Читайте также:
  1. Формование литьем
  2. Формование пищевых продуктов
  3. ФОРМОВАНИЕ РЕЗИН
  4. Электроформование, электрокопчение, электропанировка

Ротационное формование весьма перспективным методом переработки пластмасс. Он позволяет получать относительно дешевые изделия, сложной конфигурации, без внутренних напряжений.

Ротационное формование используется для изготовления полых изделий разнообразной конструкции. Легкие по весу, бесшовные изделия, без внутренних напряжений практически любой формы и размера, они применяются в различных областях: сельском хозяйстве, садоводстве, химии, автомобилестроении, легкой промышленности и аэрокосмонавтике. Таким методом производят емкости для канализации, нефтепродуктов, емкости для воды и химикатов, топливные баки, дорожные ограждения и знаки, тележки для супермаркетов, барабаны и бочки, игровые площадки и комплексы, бассейны и многое другое.

 

Рис. Примеры изделий, полученных ротационным формованием.

 

Так как материал при формовании не подвергается сдвиговым деформациям и воздействию давления, как в других методах, получающееся изделие является более прочным. Метод позволяет получать изделия абсолютно любой геометрической формы, с любым количеством отверстий и закладных элементов, с двойными стенками. Возможно изготовление полимерных деталей объёмом от 100 мл до 60 тыс. л, тогда как более привычный способ экструзионно-выдувного формования позволяет изготовить изделие не более 1-1,5 тыс. л. Еще одним преимуществом технологии ротационного формования являются короткие сроки подготовки изделия к серийному производству – обычно требуется всего несколько дней.

Таким образом, преимуществами процесса ротационного формования являются:

- простота процесса;

- высокая производительность;

- относительно невысокая стоимость литьевых форм и оборудования;

- возможность быстрого изготовления и ремонта литьевых форм;

- безотходность производства;

- возможность получения изделий без внутренних напряжений;

- возможность изготовления монолитных изделий сложной формы;

- возможность изготовления крупногабаритных изделий;

- возможность многослойного формования и изготовления вспененных изделий и изделий с двойной стенкой;

- возможность заформовывания металлических деталей и высококачественных графических изображений;

- возможность изготовления одного и того же изделия с различной толщиной стенки без модификации литьевой формы;

- возможность одновременного изготовления разных изделий;

К недостаткам метода ротационного формования можно отнести:

- длительное время получения изделий;

- ограничения по выбору полимерных материалов;

- стоимость исходных полимерных материалов относительно высока, так как существует необходимость в их размоле, дополнительные требования по упаковке и др.;

- сложности в формировании ребер жесткости изделия.

Технологический процесс ротационного формования.

На первой стадии форму обрабатывают антиадгезионными смазками и загружают в нее порошкообразный или жидкий полимер. Стадии загрузки может предшествовать стадия размола гранулированного полимера. Количество полимерного сырья зависит от размеров формованного изделия и необходимой толщины стенки. Расчет ведется по плотности полимерного сырья. Известно, что оптимальная толщина стенок изделия при переработке ротационным формованием составляет от 1,5 до 10 мм. Из-за плохой теплопроводности полимеров при изготовлении изделий с толщиной стенок более 10 мм, теряется контроль над процессом, что может привести к термической деструкции полимерного сырья.

Ротационная форма представляет собой полую раковинообразную конструкцию, состоящую из двух половин (рис.), реже используются формы состоящие из 3–х и более частей.

 

Рис. Схема процесса ротационного формования полимеров

 

На второй стадии форму закрывают и помещают в камеру нагрева, где производится ее и биосевое вращение со скоростью 4-20 об/мин. Это значительно ниже, чем при центробежном формовании полимеров. Вращение формы производится относительно двух осей, причем с различными скоростями. Для определения оптимального передаточного отношения рекомендуется проводить предварительные испытания. Современные ротационные установки выполнены таким образом, что оба вида вращения регулируются бесступенчато и независимо друг от друга.

Обогрев в камере производят с помощью ТЭН-ов, горячего масла или сжигания природного газа. Электрический обогрев является безопасным, но более дорогим. Если нагрев осуществляется с помощью жидкого теплоносителя, то он должен осуществляться равномерно, то есть теплоноситель должен иметь постоянную температуру, и протекать через форму с достаточно высокой скоростью. Часто в качестве теплоносителя используется специальное термостабильное масло. Температура теплоносителя зависит от перерабатываемого материала, а температура расплава должна согласовываться с рекомендациями производителей полимерного сырья. Излишне продолжительный нагрев до высоких температур может привести к деструкции полимерной массы.

При вращении формы полимер подплавляется и налипает на стенки формы. Для выравнивания давления, при выделении летучих, в форме предусматривают вентиляционные каналы. Формование заканчивают, когда весь полимер расплавится и налипнет на стенки формы.

Процесс ротационного формования происходит при атмосферном давлении, причем при вращении формы масса материала не оказывает существенного давления на ее стенку, поэтому ротационные формы могут иметь очень тонкие стенки и имеют низкую стоимость.

На третьей стадии процесса форма перемещается в зону, где происходит ее охлаждение путем подачи воздуха или распыления водной дисперсии. Если форма нагревалась маслом, то контур нагрева отключается, а вместо него подключается контур охлаждения.

Охлаждение должно осуществляться равномерно, причем скорость охлаждения имеет решающее значение для качества готового изделия. Оптимальный технологический процесс предполагает медленное охлаждение, и только после достижения температуры размягчения скорость охлаждения следует повышать. Процессом охлаждения можно управлять, регулируя время откачки теплоносителя и подключения охлаждающей среды. На современных ротационных технологических установках процесс охлаждения программируется. Время охлаждения зависит от толщины и геометрии изделия, а также от вида полимера. Оно может быть равно времени нагрева, а так же превосходить его.

Положительно зарекомендовало себя проведение через главную ось машины магистрали с давлением воздуха, равным приблизительно 0,5 бар. Воздух подается для обеспечения опоры внутри изделия после завершения предварительного охлаждения водой. За счет этого стенки изделия лучше прижимаются к стенкам формы, охлаждение протекает равномерно и происходит по всей поверхности изделия, а также более равномерно протекает процесс усадки. Воздух вводится в форму через отдельный канал. Избыточное давление отводится через вентиляционные каналы. Входящий воздух должен турбулироваться внутри формы - это достигается с помощью отражательных перегородок или применением распыляющей головки.

В течение всего третьего этапа форма не прекращает вращения, тем самым достигается равностенность изделия.

Эта стадия процесса также важна, как и нагрев, поскольку необходимо получение недеформированного, точного по размерам и легко извлекаемого из формы изделия.

Четвертая стадия процесса предусматривает открытие формы и извлечение изделия. Затем цикл повторяется.

При использовании современного формующего оборудования регулирование большинства параметров технологического процесса производится автоматически.

Ротационное формование относится к безотходным процессам. При помощи специальных технологических приемов и приемов при конструировании ротационных форм можно достичь 100% выхода изделий из исходного сырья. Бракованные изделия возможно утилизировать, а полученные полимерные материалы использовать для изготовления новых изделий.

У извлеченного из формы изделия внешняя поверхность является точным воспроизведением внутренней поверхности формы, она может иметь окончательно требуемую конфигурацию, а также иметь втулки с резьбой и другие вставки, отформованную резьбу и т. д.

Может возникнуть необходимость зачистки заусенцев или выполнение других отделочных операций. Для выполнения отделочных операций обычно используются зажимы, фиксаторы, ручная циркулярная пила, дрель и т. д. Снятие облоя осуществляется концевой фрезой на гибком валу. Для зенковки краев отверстий используются дисковые пилы с зубьями из твердого сплава или фрезы.

Изделия из ПЭ с ровными поверхностями зачастую требуют дополнительной калибровки. Зажимные калибры могут быть изготовлены из дерева. Готовое изделие следует зажать сразу после извлечения из формы. Оно должно оставаться на калибре до полного охлаждения.

Машины для ротационного формования.

В зависимости от системы нагрева машины разделяют на:

- машины с нагреванием пламенем;

- машины с нагреванием воздухом;

- нагреванием ТЭН-ами;

- машины с нагреванием маслом.

По конструкции привода выделяют машины:

- карусельного типа;

- челночного типа;

- вертикальные карусельные;

- с качающейся печью.

Выбор машины определяется в большей мере размером изделия и требованиям к его качеству.

Большинство современных машин являются машинами карусельного типа. Эти машины обычно имеют три или четыре рычага «руки», на каждом из которых может устанавливаться одна или несколько форм. Рука производит вращение формы и перемещает ее последовательно из зон загрузки/выгрузки изделия в камеру нагрева и охлаждения.

Вращение рычагов может осуществляться от одного привода, тогда все рычаги движутся одновременно и необходимо, чтобы время нагрева и время охлаждения совпадали. А поскольку время нагрева в этом процессе больше, то искусственно увеличивают время охлаждения или снижают толщину стенки изделия.

Вращение рычагов может осуществляться и от независимых приводных кареток. В этом случае достигается большая гибкость в выборе времени охлаждения и нагрева, поскольку тепло, вырабатываемое печью, должно использоваться эффективно и не должно быть простоев в загрузке и нагреве формы.

Формы для ротационного формования.

Эффективность производства зависит не только от типа машины, но и от правильного выбора конструкции формы и вида материала. Учитывая, что в процессе формования не возникает давления внутри формы, производство форм недорогое. Выбор материала для изготовления формы зависит от требований к поверхности изделия и от ее ресурса. Формы изготавливают из листового стального материала, сплавов алюминия, нержавейки и т. д.

Формы из листового металла обычно используются для изготовления простых или крупногабаритных изделий.

Формы из алюминиевого литья используются для изготовления изделий сложной конфигурации, создание которых из листового металла невозможно. Марка алюминия тщательно подбирается, чтобы исключить образование пор. Важную роль также играет линия разъема и особенности конструкции. Усовершенствование форм из литого алюминия возможно, но это сделать труднее, чем с формой из листового металла. Изготовление формы производится литьем алюминия по мастер-модели с последующей доработкой. Алюминиевое литье применяют также тогда, когда необходимо изготовить несколько идентичных форм.

Третьим, наиболее распространенным видом форм являются формы из сплавов никеля, которые обычно используются для формования изделий из ПВХ или изделий, имеющих очень тонкие стенки, или особые требования к поверхности. Отливки в таких формах получаются без следа линии разъема. Проблемы пористости не возникает. Однако такие формы дорогие. Обычно они используются для производства мелких деталей, кукол, элементов отделки автомобилей и т.д.

Во всех формах следует избегать острых кромок и углов, значительных различий в толщине стенки.

Полимеры, используемые при ротационном формовании.

При ротационном формовании чаще всего применяются порошкообразные полимерные материалы. Возможно применение гранул или жидких веществ. Необходимо отметить, что большинство изделий (85–95% рынка), производимых методом ротационного формования, изготавливается из порошкообразного ПЭ. Порошкообразный ПЭ можно закупать в виде готового продукта или изготавливать его самим путем измельчения гранулированного полиэтилена.

Материал поставляется различных марок: ПЭНП, ЛПЭНП, ПЭСП, ПЭВП. Наибольшее количество изделий выпускается из ЛПЭНП. При этом в полимер должно вводиться большее количество эффективных стабилизаторов, поскольку при ротационном формовании расплавы полимеров контактируют с горячим воздухом на стадии всего цикла формования.

Лидерство ПЭ среди полимеров для ротационного формования объясняется следующими факторами:

- его высокой термостабильностью по сравнению со многими другими полимерами. Это крайне важно, поскольку время формования изделия часто составляет 30–40 мин при температуре в камере нагрева до 300°С;

- хорошей перерабатываемостью гранул ПЭ в порошок. Для измельчения ПЭ используют специально разработанные мельницы;

- относительно низкой стоимостью;

- комплексом функциональных свойств, обеспечивающих конкурентоспособность изделий на потребительском рынке.

В СНГ не производится полиэтиленового сырья, пригодного для ротационного формования, конкурентоспособного по ценам и качеству. Эта одна из основных причин, тормозящих развитие процесса ротационного формования в СНГ.

Еще одним наиболее широко используюемым для ротационного формования жидким материалом является пластизоль ПВХ. Из этого материала производятся мягкие гибкие изделия, такие как игровые мячи, детские игрушки, крылья автомобилей, буйки и т. д.

Пластизоль ПВХ производится различных марок и цветов, в зависимости от области применения. Использование порошков ПВХ достаточно ограничено.

При переработке жидких, например капролактама, полимеризация происходит в процессе формования. Такие изделия отличаются лучшей устойчивостью к механическим и химическим нагрузкам, чем изготовленные из порошка. Часто это является основанием для отделки внутренней поверхности менее устойчивых изделий дополнительным слоем из жидких мономеров.

Так же могут использоваться материалы, содержащие газообразователи и армирующие наполнители, например рубленное стекловолокно. Вспененные слои могут находиться между двумя монолитными слоями или являться монослоем. При этом формируется интегральная структура получаемого изделия, вследствие быстрого застывания корки материала, контактирующего с поверхностью охлаждаемой формы, и прекращения выделения в ней газа. Многослойные изделия могут получать последовательной закладкой и формованием компонентов слоев.

Все более доступными становятся другие материалы. Отливки могут производиться из различных марок ПК, ПА, ПВДХ, ПФА и ПП. Ротационным формованием возможно изготовление изделий из термореактивных полимерных материалов, таких как ПУ, эпоксидные композиции и т. д.

Для модификации свойств полимеров и готовых изделий широко используются различные добавки. Это, в первую очередь, термо- и светостабилизаторы. Применяются антистатические добавки, пламегасители, антипирены, вспенивающие агенты. Возможно применение наполнителей и стекловолокна. Эти материалы могут окрашиваться в любой цвет.

Сравнительная характеристика различных методов формования полых изделий приведена в таблице.

Таблица – Сравнительная характеристика методов.

Характерные показатели Выдувное формование Термо–формование Ротационное формование
Диапазон объема типичных изделий, cм3 10–1*106 5–5*106 10–1*108
Пригодные полимеры Выбор ограничен Обширный выбор Выбор ограничен
Вид сырья Гранулы Листы Порошок/Жидкость
Армирующие волокна Да Да Да, очень сложно
Материалы для форм Сталь/Алюминий Алюминий Сталь/Алюминий
Стоимость форм Высокая Средняя Средняя
Давление в форме <1,0 МПа <0,3 МПа <0,1 МПа
Разброс по толщине стенки изделия 10–20% 10–20% 10–20%
Однородность по толщине стенки изделия Тенденция к неоднородности Тенденция к неоднородности Однородность возможна
Ориентация материала в изделии Высокая Очень высокая Нет
Остаточные напряжения в изделии Средние Высокие Низкие
Время цикла Короткое Короткое Длительное
Напряженность труда Нет Средняя Высокая
Возможность заформовки деталей Выполнимо Нет Да
Возможность заформовки графических изображений Да Возможно Да

Таким образом, ротационное формование является универсальным способом переработки полимерных материалов, позволяющим производить высококачественную конкурентоспособную товарную продукция для различных сфер применения. Промышленность ротационного формования находиться в стадии роста. Отсутствие отечественной сырьевой базы является одной из основных причин тормозящих развитие процесса ротационного формования в СНГ.

 




Дата добавления: 2015-09-10; просмотров: 137 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Видя смелость Петра и Иоанна и, приметив, что они люди некнижные и простые, они удивлялись, между тем узнавали их, что они были с Иисусом».| ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.014 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав