Прессы для переработки реактопластов

Сущность метода прессования

Метод основан на способности реактопластов переходить при нагревании и давлении в пластично-вязкое состояние с последующим формованием изделия в объёме между пуансоном и матрицей. Фиксация заданной конфигурации изделия происходит вследствие протекания в материале химической реакции отверждения.

Переработка реактопластов осуществляется двумя основными способами – прямым или компрессионным и литьевым или трансферным. При компрессионном прессовании давление непосредственно воздействует на массу, находящуюся в оформляющей полости рис. 132.

Рис. 132

Заполнение формы сырьём 2 (рис. 132, а) происходит в загрузочную камеру матрицы 3. Затем пуансон 1 опускается (рис. 132,б) и воздействует на пресс-материал, формуя изделие 5. Поле выдержки под давлением отформованное изделие при поднятом пуансоне, выталкивателем 4 извлекается из формующего гнезда (рис. 132, в).

При литьевом прессовании загрузочная камера отделена от оформляющей полости, которая с момента заполнения её расплавом пресс-материала находится в замкнутом состоянии.

Этот способ имеет две разновидности – с верхней загрузочной камерой (рис. 135) и нижней загрузочной камерой (рис. 133).

Пресс-материал 2 (рис. 133, а) загружается в нижнюю камеру, закрывается пуансоном 1. При этом между пуансоном и матрицей 4 образуется оформляющее гнездо 5. При движении поршня 3 от гидроцилиндра выталкивающего пресс-материал переводится в пластично-вязкое состояние и по литниковым каналам 6,7 поступает в оформляющее гнездо 5, где формуется в изделие 8 (рис. 133, б). После выдержки на отверждение, верхняя часть пресс-формы 1 поднимается ползуном пресса (рис. 133, в), а затем поршнем 3 отформованное изделие извлекается из матрицы 4.

Рис. 133 Рис. 134

При литьевом прессовании с верхней загрузочной камерой (рис. 134), материал 1 подаётся в загрузочную камеру и затем пуансоном 2 материал в нагретой форме переводится в пластично-вязкое состояние, по литниковым каналам 3 передавливается в формующее гнездо и оформляется в изделие 4. После необходимой выдержки форма снимается с пресса, разбирается, извлекается изделие, форма очищается от остатков материала, собирается и процесс повторяется.

Таким образом отличие способов прессования заключается в конструктивных особенностях формующего инструмента.

Основные технологические характеристики процесса прессования – давление, температура и время, определяют протекание различных стадий цикла прессования, а также качественные показатели готовых изделий.

Процесс прессования по любому методу начинается с деформирования пресс-материала под воздействием непрерывно возрастающего давления прессования.

Давление , передаваемое на материал, расходуется на раздавливание нагретой таблетки, преодоление сопротивления течению расплава по оформляющей полости формы, в загрузочной камере, в литниковой системе. Процесс заполнения пресс-формы завершается при проникновении расплава в наиболее удалённые участки матрицы. Эта стадия необходима для обеспечения уплотнения материала, оформления изделия и удаления газообразных, летучих и паров влаги из формы. После этого следует стадия выдержки на отверждение. Величина на этой стадии достигает максимального значения. Для разных материалов и схем проведения процесса прессования максимальное значение различно. Оно зависит от вида пресс-материала, его свойств, температуры, конструкции прессуемой детали. При компрессионном прессовании материалов с порошкообразным наполнителем оно составляет 25–40 МПа, с волокнистым наполнителем 40–60 МПа.

Температура расплава прессуемого материала определяет интенсивность протекания в нём реакции отверждения и, в конечном счёте, – производительность прессового оборудования и комплекс физико-механических свойств изделий. Для достижения в готовом изделии максимально однородной по массе степени отверждения, необходимо быстрое достижение и эффективное поддержание заданной температуры материала во всём объёме изделия на стадиях заполнения формы и выдержки на отверждение. При выполнении этого условия в готовом изделии не образуются термические напряжения, способные вызвать его разрушение после окончания цикла прессования.

Температура расплава связана с продолжительностью цикла прессования . Увеличивая , можно достичь сокращения за счёт роста скорости заполнения формы при снижении вязкости расплава и уменьшения продолжительности выдержки при прессовании и отверждении вследствие роста скорости отверждения. Сокращение времени может быть достигнуто при использовании предварительного подогрева материала вне формы и высокотемпературных технологических режимов. Повышению качества изделия способствуют специальные технологические приёмы, например подпрессовки при прямом прессовании, т.е. повторяемое несколько раз кратковременное размыкание пресс-формы на стадии формования и отверждения. Это способствует более полному выходу летучих веществ и более глубокому прогреву материала.

Рис. 135

Изменение температуры во времени при прессовании показано на рис. 135. На оси ординат помечены температура стенки формы , температура перехода пресс-материала в пластично-вязкое состояние (температура размягчения) и температура интенсивного протекания реакции отверждения . Отрезки на оси абсцисс этой диаграммы соответствуют отдельным стадиям цикла формования изделий при прессовании: отрезок 0–I – время предварительного подогрева материала непосредственно в матрице или в устройстве для предварительного подогрева; отрезок I–II – время загрузки материала в пресс-форму ; отрезок II–III – время заполнения расплавом оформляющей полости формы под воздействием давления , сопровождающегося интенсивным разогревом материала за счёт диссипативных тепловыделений и теплопередачи от стенок формы; отрезок III–IV – время выдержки под давлением , в течение которого расплав продолжает нагреваться от стенок пресс-формы до температуры интенсивного протекания реакции отверждения.

Время цикла изготовления изделий методом прямого прессования может быть определено по формуле

где – время выгрузки готового изделия.

Устройство и работа пресса

Пресс – это машина статического действия, предназначенная для формования изделий из пресс-материалов. Прессы с гипроприводом просты в управлении, бесшумны, имеют небольшие габариты. Принципиальная конструкция гидропрессов колонного (а) и рамного (б) типов представлены на рис. 136.

Рис. 136

Работа гидропресса колонной конструкции (рис. 136, а) происходит следующим образом – рабочая жидкость (минеральное масло) от индивидуального гидроагрегата под давлением поступает в гидроцилиндр 1 простого действия. Под действием рабочей жидкости цилиндр 2 перемещается вниз вместе с ползуном (подвижной поперечиной) 6. Усилие пресса развивается гидроцилиндром 1, воздействует на прессуемый материал в пресс-форме устанавливаемой на нижнюю поперечину (стол), а верхняя часть пресс-формы крепится к подвижной поперечине 6. Нижняя и верхняя неподвижные поперечины соединены между собой четырьмя колоннами 7 при помощи гаек 4. Колонны 7 являются направляющими для подвижной поперечины 6. Возврат подвижной поперечины в исходное (верхнее) состояние осуществляется двумя ретурными (возвратными) цилиндрами 8. Извлечение отформованных изделий из пресс-формы осуществляется при помощи гидроцилиндра выталкивателя 9.

Прессы рамной конструкции (рис. 136, б) имеют сварную раму 1, в верхней части которой закреплён главный гидроцилиндр 9 двойного действия, т.е. поршень 8 может перемещаться вниз при подаче рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра 9 или вверх при подаче жидкости в штоковую полость гидроцилиндра. Ползун 7 движется по направляющим 5 под действием плунжера гидроцилиндра 9. Нижняя часть пресс-формы устанавливается и крепится на столе 4, а выталкивание отформованных изделий из пресс-формы происходит при помощи гидроцилиндра выталкивателя 2 двойного действия. Для регулировки хода ползуна 6 и штока выталкивателя 2 служат конечные выключатели 3.

Прессование слоистых пластиков проводят на этажных прессах колонной конструкции с нижним расположением рабочего цилиндра (рис. 137).

Рис. 137

Их можно использовать при применении простых съемных ферм, требующих больших усилий прессования. Раскрытие плит происходит под собственным весом. Рабочий цилиндр 1 находится в нижней части пресса, в нем расположен плунжер 2, соединенный с подвижным столом 4. При подаче рабочей жидкости (минеральное масло) в цилиндр, плунжере 2 и стол 4 поднимаются вверх и воздействуют на прессуемый элемент, находящийся между обогреваемыми плитами 7. Усилие, развиваемое плунжерами, замыкается между нижней поперечиной 3, верхней поперечиной 6 и четырьмя колоннами 5. Распределитель пара 9 и узел обогрева 8 расположены с правой стороны пресса.

Конструкция любого пресса может быть охарактеризована с помощью комплекса параметров, которые образуют техническую характеристику пресса. Одним из основных параметров прессов для переработки пластмасс является эффективное усилие прессования, развиваемое ползуном пресса и обеспечивающее создание в формующей полости формы давление прессования. Его можно определить по зависимости:

где – количество гнезд в пресс-форме;

– удельное давление прессования в полости формы;

– площадь проекции изделия на плоскость смыкания пресс-формы.

Удельное давление прессования является технологическим параметром и выбирается с учетом метода переработки, конструкции изделия и вида перерабатываемого материала.

Схема расположения основных узлов пресса показана на рис. 138. К ползуну пресса 2 прикреплена верхняя часть пресс-формы 2 с пуансоном 3. На столе пресса 5 закреплена нижняя часть пресс-формы 4.

Рис. 138

Величина связана с номинальным усилием прессования следующими соотношениями:

для прессов с верхним рабочим цилиндром

для прессов с нижним рабочим цилиндром

где – потери на трение в уплотнениях;

– вес подвижных деталей пресса (главного плунжера, подвижной плиты (поперечины), верхней полуформы).

Потери на трение в манжетных уплотнениях могут быть оценены следующим образом:

где – диаметр плунжера;

– высота соприкосновения манжет с плунжером;

– давление жидкости в гидроцилиндре;

– коэффициент трения манжет о плунжер (для кожи 0,06–0,08, для резины 0,01–0,02).

Для комплекта упругих уплотнительных колец формула может быть:

где – ширина кольца;

– коэффициент трения фрикционной пары чугун–сталь ( );

– число колец;

– давление от сил упругости кольца (для гидравлических );

– давление в гидросистеме.

По аналогичной схеме может быть рассчитано номинальное усилие выталкивания изделия. Эффективное усилие выталкивания изделия может быть оценено как усилие, необходимое для преодоления сил адгезии материала к рабочим (боковым) поверхностям матрицы пресс-формы:

где – адгезионная прочность соединения реактопласта с металлической поверхностью после отверждения (для фенопластов );

– боковая поверхность матрицы пресс-формы.

Скорость прессования, определяемая скоростью перемещения подвижной плиты (поперечины) в рабочем режиме, выбирается из условия обеспечения минимального времени заполнения формы . В современных ускоренных режимах прессования скорость прессования может изменяться в пределах от 100 до 250 мм/с.

Конфигурация и геометрические размеры изделия и пресс-формы влияют на выбор ряда параметров технической характеристики, таких как размеры рабочего стола, ход ползуна, наибольшее расстояние между столом и ползуном.

Размеры рабочего стола В и L выбираются с таким расчетом, чтобы укрепляемая на нем нижняя полуформа не выходила за его габариты. Ход ползуна определяется следующим соотношением:

где

здесь – высота пуансона;

– высота изделия, равная глубине матрицы;

– высота таблетки.

Этим условием обеспечивается свободный съем изделия и беспрепятственная загрузка таблеток.

Наибольшее расстояние между столом и ползуном Н определяется соотношением

где и – высота верхней и нижней плит пресс-формы соответственно.

Следует отметить, что при выборе параметров В, L, S_п, Н следует ориентироваться на весь возможный для данного пресса ассортимент изделий и многообразие конструкций пресс-форм для их изготовления.

Основные параметры гидравлических прессов для переработки пластмасс (ГОСТ 8200 – 80) представлены в таблице:

Наименование основных параметров и размеров	Нормы
Номинальное усилие, Рн, кН
Ход ползуна, Sп, мм
Наибольшее расстояние между столом и ползуном, Н, мм
Размеры стола, мм L B
Номинальное усилие выталкивателя, кН, не менее		31,5
Ход выталкивателя, мм
Скорость холостого хода ползуна, мм/с, не менее нниз нверх
Скорость рабочего хода ползуны регулируемая, мм/с наибольшая наименьшая									–	2,5 –
Скорость рабочего хода выталкивателя, мм/с наибольшая наименьшая	– –	– –								–
Удельная материалоемкость, кг/(кН·м3), не более									3,6	4,2
Удельная энергоемкость, кВт/(кН·м2/мин), не более	0,12	0,09	0,09	0,06	0,05	0,05	0,04	0,03	0,03	0,04