Общее устройство и классификация форм.
Диапазон габаритов и массы полых изделий, изготавливаемых раздувным формованием из термопластов, чрезвычайно широк. Преимущественно это тара для жидких, сыпучих и пастообразных продуктов самого различного назначения, имеющая емкость от нескольких миллилитров до 2-3 м3 (наиболее распространена тара емкостью от 100 мл до 20 л).
Конструктивная схема наиболее распространенного типа раздувной формы показана на рис. 1.
Рис. 1. Форма для раздува изделия через ниппель:
1 — нижний пресс-кант; 2 — канал охлаждения нижнего пресс-канта; 3 — канал охлаждения полуматрицы 4; 5 — плита механизма смыкания; 6 — верхний пресс-кант;
7 — крепежные плиты полуматриц; 8 — канал охлаждения верхнего пресс-канта;
9 — направляющие колонки; 10 — заготовка расплава; 11 — проушины крепежных плит;
12 — плита механизма смыкания; 13 — полуматрица; 14 — ниппель; 15 — оформляющая полость; 16 — штуцеры канала охлаждения полуматрицы
Все формы состоят из двух полуформ I и II (здесь они показаны на промежуточной стадии смыкания в направлении, отмеченном стрелками „а", при уже расположенной между ними трубчатой заготовке расплава термопласта 10). Полуформы крепятся к плитам 5 и 12 механизма смыкания раздувного агрегата винтами, которые заводятся в проушины 11 крепежных плит 7. Две формообразующие детали-полуматрицы 4 и 13 в сомкнутом состоянии образуют оформляющую полость 15, в которой оказывается заготовка, будучи пережатой вверху и внизу пресс-кантами 1 и 6 соответственно (в пережатом состоянии контур заготовки показан на виде А). Конфигурация контактирующих с заготовкой поверхностей нижнего пресс-канта такова, что в ней при пережиме остается отверстие, через которое в полость заготовки вводится раздувной ниппель 14. Через ниппель подается в заготовку под давлением воздух для ее раздува до полного облегания ею формообразующей поверхности оформляющей полости.
Заключенный в оформляющей полости воздух раздувающейся заготовкой отжимается через каналы системы вентиляции (на рис. 1 не показаны) в окружающее пространство.
Отформованное изделие охлаждается, отдавая тепло холодным полуматрицам, от которых оно отводится охлаждающей водой, протекающей по каналам 3 системы охлаждения. Эта система включает в себя также и автономные контуры каналов 8 и 2, выполненные в верхних и нижних пресс-кантах.
При смыкании полуформы центрируются элементами направляющей системы. Ими в данном случае являются направляющие колонки 9 и сопрягающиеся с ними втулки (размещены в полу форме I, на чертеже не показаны). Как правило, форма оснащена четырьмя комплектами колонок и втулок, расположенными по ее углам. Их конструкция полностью такая же, как и у литьевых и прессовых форм.
При раскрытии полуформ отформованное изделие остается надетым на ниппель. Ниппель, как правило, выполняется подвижным таким образом, что выводит изделие из пространства между полуформами тем или иным способом. Однако конфигурация изделия может быть такой, что при размыкании оно остается в одной из полуформ и не может быть изъято из нее до тех пор, пока она не придет в положение, близкое к крайнему разомкнутому (например, до тех пор, пока подвижный формующий знак в процессе размыкания полностью не выйдет за пределы отформованного им у изделия поднутрения). В этом случае полуформа, в которой остается изделие, должна быть оснащена системой выталкивания, конструкция которой во многом подобна таковой у литьевых и прессовых форм (в этой главе также не рассматривается).
При смыкании полуформ верхний 10а и нижний 10б излишки заготовки отжимаются от той ее части 10в, которая оказывается в оформляющей полости, однако по рассмотренным ниже причинам полностью от нее не отделяются (между ними остается тонкая перемычка). При изъятии изделия из формы эти излишки оказываются связанными с ним перемычками. Грат удаляется затем с изделия вручную или каким-либо механизированным способом. При производстве же массовых изделий форму часто оснащают системой для удаления грата с изделия. Эта операция выполняется системой автоматически в процессе размыкания формы и извлечения изделия.
При формовании крупных изделий часто усилие запирания полуформ оказывается недостаточным, чтобы противостоять распорному усилию, возникающему между ними от давления раздувающего воздуха в оформляющей полости. Это приводит к частичному раскрытию формы и разрыву изделия. В тех случаях, когда при проектировании формы несложный расчет показывает, что усилие запирания данного механизма смыкания недостаточно, в, форме предусматривают систему индивидуального запирания той или иной конструкции. Пример такой системы показан на рис. 2.
 | Рис. 2. Механизм запирания крупногабаритных форм: 1 - проушины; 2 – полуформы; 3 – серьги; пневмоцилиндры; 5 – клинья; 6 –плоскость смыкания; 7 – оформляющая полость одной из полуформ |
При смыкании полуформ 2 серьга 3 одной полуформы входит в пространство между проушинами 1 другой полуформы, причем выполненные в них вырезы совмещаются. Затем пневмоцилиндр 4 вводит в совмещенные вырезы клин 5, который предотвращает возможность разобщения серьги и проушин (т.е. возможность разобщения полуформ 2). Большие полуформы оснащаются как минимум четырьмя комплектами таких запирающих устройств.
Как видно из рассмотренного, раздувные формы включают в себя ряд групп (систем) деталей и элементов их конструкций, отличающихся друг от друга своим назначением, причем часть этих систем является обязательной для любой формы; другие же системы вводятся в конструкцию формы в случае возникновения необходимости в них.
К категории обязательных систем относятся:
1) система формообразующих деталей (полуматрицы, формующие знаки);
2) система пресс-кантов;
3) система охлаждения;
4) система вентиляции;
5) направляющая система.
К категории необязательных систем относятся:
1) автономная система запирания полуформ;
2) система выталкивания;
3) система отделения грата от изделия.
Общее конструктивное исполнение раздувных форм не столь разнообразно, как у прессовых и литьевых форм. Здесь можно выделить только два основных признака, по которым их целесообразно классифицировать:
2) по способу раздува заготовки в оформляющей полости и по материалам
2) по технологии изготовления формообразующих деталей (конкретно, полуформ).
Применяются три способа раздува:
- посредством раздувающего ниппеля (рис. 1);
- посредством подачи воздуха через дорн раздувной головки;
- посредством подачи воздуха через раздувную иглу, прокалывающую заготовку, зажатую в форме.
Выбор способа раздува зависит в основном от конфигурации и назначения изделия. Подавляющее большинство раздувных изделий - это тара многократного и разового использования, имеющая горловину (с резьбой или без нее) для затаривания и надежной укупорки хранимого продукта. При этом все емкости можно разделить на две группы: с узкой горловиной и с широкой горловиной.
Рис. 3. Способы раздува заготовки в форме:
а – раздув через ниппель; б – раздув через головку; в – раздув через иглу
1 – часть заготовки, из которой формуется изделие; 2 – грат; 3 – раздувной ниппель; 4 – полуформа; 5 – мундштук; 6 – дорн головки; 7 – отверстие в дорне для подачи раздувающего воздуха; 8 – технологическая полость для части заготовки, в которую вводится игла; 9 – раздувная игла
Рассмотрим принцип выбора способа раздува в зависимости от относительного размера горловины изделия. Показанный на рис. 3, а принцип раздува через ниппель 3 уже рассмотрен выше. При раздуве через головку (рис. 3, б) полуформы 4, смыкаясь, захватывают и пережимают нижнюю часть заготовки, которая экструдирована через кольцевой формующий канал, образованный мундштуком 5 и дорном 6 головки. Верхние части полуформ охватывают при этом концевую часть мундштука. Раздувающий воздух подается через отверстие 7 в дорне.
При раздуве через иглу (рис. 3, в) полуформы пережимают заготовку в верхней и нижней ее части. Оформляющая полость полуформ имеет дополнительную, технологическую полость 8. В эту полость через отверстие в теле полуформ вводится раздувная игла 9, протыкающая заготовку и затем подающая в нее воздух. Часть заготовки, отформованная в технологической полости, отрезается от изделия после извлечения его из формы. Игла 9 может размещаться в теле формы как в плоскости смыкания полуформ (рис.3, в), так и в любой другой плоскости, однако, размещение в плоскости смыкания предпочтительно: в этом варианте заготовка в месте прокола надежно зажата между полуформами, так что ее отжима от внедряющейся иглы не происходит, гарантия сквозного прокола обеспечена.
Раздув через ниппель предпочтителен по сравнению с другими способами: изделие после раскрытия формы остается на ниппеле, что упрощает конструктивные решения, связанные с автоматизацией последующей обработки изделия; размерная точность горловины обеспечивается как по наружной, так и по внутренней поверхностям ее (сравнить позицию „а" с позициями „б" и „в" на рис. 3); имеются и другие преимущества. Однако у этого способа имеется ограничение: если диаметр ниппеля больше диаметра заготовки, то последняя не сможет надеться на него.
Изделия с большим размером горловины (или каким-либо функциональным отверстием) должны формоваться раздувом через головку или иглу. Следует при этом отметить, что при реализации раздува через головку возникает ряд сложно решаемых вопросов: центровка формы по головке, минимизация теплообмена между ними в случае их контакта, предотвращение залипания части заготовки на торцевую поверхность мундштука и др. По этой причине раздув через головку используется редко. К тому же раздувом через иглу можно формовать и полностью замкнутые (в конечном виде) изделия, так как закупорка малого отверстия от иглы технически не сложна.
Раздувные формы так же, как и литьевые и прессовые, могут быть одногнездными и многогнездными. В последнем случае в пространство между полуформами подается одновременно несколько заготовок, например, экструдируемых из многоручьевой головки.
При проектировании раздувных форм необходимо соблюдать соответствие ее параметров параметрам механизма смыкания форм раздувной установки. Факторы, определяющие это соответствие, принципиально такие же, как и для прессовых (или литьевых) форм.
Во-первых, необходимое усилие смыкания полуформ на стадии обжима заготовки пресс-кантами F0, а также необходимее усилие запирания полуформ на стадии выдержки отформованной заготовки в форме под давлением воздуха не должны FВ превышать усилия смыкания, развиваемого механизмом смыкания FМ.
Во-вторых, оформляющая полость (или несколько полостей в многогнездной форме) должна быть размещена в форме таким образом, чтобы вектор распорного усилия полуформ, вызванного давлением воздуха в полости (полостях), был совмещен с главной осью механизма смыкания; иными словами, направление этого вектора должно проходить через геометрический центр плит. В противном случае, если к тому же величины FВ и FM близки друг к другу, возможна частичная неравномерная по плоскости смыкания и неодинаковая от цикла к циклу потеря контакта между полуформами и вследствие этого - увеличение колебания размеров изделий в направлении смыкания.
В третьих, габариты формы в плане не должны превышать габаритов плит механизма. В противном случае, если к тому же пресс-канты окажутся в непосредственной близости к краям плит или вне их габаритов, возможно неполное смыкание пресс-кантов и, как следствие, - толстый, трудно удаляемый грат, оставляющий заметный след на изделии.
В-четвертых, высота полуформ в сомкнутом состоянии должна лежать внутри диапазона возможных высот по технической характеристике раздувной установки.
В-пятых, необходимый для извлечения отформованного изделия ход разъема полуформ не должен превышать хода плит механизма смыкания.
Во всех случаях целесообразно конструировать формы с минимально возможной массой. Особо важно соблюдение этого требования для тех типов раздувных установок, у которых полуформы перемещаются не только при их смыкании, но и при переводе с позиции приема заготовки на позицию раздува, причем последнее перемещение выполняется с большой скоростью. Возникающие при этом инерционные силы вызывают износ подвижных элементов смыкания, пропорциональный массе формы
Тема 3.8. Инструмент для пневмовакуумного формования