Формування оргскла

Гаряче формування є найважливішим видом переробки акрилових смол, вихідним матеріалом при цьому служать головним чином листові заготовки. Основна перевага цього способу - можливість отримання великогабаритних виробів із застосуванням простих і дешевих форм. Операція термічного формування складається з трьох етапів: нагрівання, формування та охолодження. При нагріванні до відповідної температури оргскло розм'якшується до пластичного стану, при цьому можна додати матеріалу найрізноманітніші форми за допомогою спеціальних інструментів. Після охолодження матеріал знову набуває первісну жорсткість, зберігаючи надану йому форму. У разі невідповідності деталі бажаній формі, її можна знову нагріти з метою коригування тільки в разі, якщо ОС отримано блоковим методом (високомолекулярне) на відміну від екструзійного ОС.

1. Попередня, гаряча сушка

При зберіганні скло поглинає вологу з навколишнього середовища. Це може привести до утворення дефектів ОС під час теплової обробки. Тому необхідно попередньо просушити листи, з яких знята маскувальна плівка, в конвекційній сушильній камері при Т - 80°С протягом 1-2 годин на кожен мм товщини. Як правило, при великому вмісті вологи досить 24 години.

Дуже перспективним і високопродуктивним є нагрів за допомогою інфрачервоного випромінювання, при якому використовуються інфрачервоні елементи потужністю від 250 до 450 Вт, що знаходяться на відстані 150 250 мм від поверхні скла. Час і тривалість нагрівання залежать від способу нагрівання.

При обробці деталей з підвищеними оптичними характеристиками для нагріву застосовується сушильна піч з циркуляцією гарячого повітря. Даний метод дозволяє проводити регулювання нагріву і підтримувати необхідну температуру нагрівання на всій поверхні. Різниця температури перевищує 5°С може призвести до виникнення значних напружень вироби з ЕОС.

В ході першого нагріву листів екструзійного скла відбувається їх усадка, яку необхідно враховувати при визначенні розмірів заготовок. Усадка ЕС досягає від 3 до 6% в залежності від товщини матеріалу в напрямку екструзії і від 1 до 3% - в поперечному напрямку, тому при нагріванні може статися деформація листа, якщо він не був закріплений на опорі. Усадка блочного «литого» ОС рівномірна і по довжині і по ширині заготовки. Нагрівання повинно проводитися рівномірно, так як перепад температур по площині і товщині листа не повинен перевищувати ± 3°С може призвести до виникнення значних напружень. При перегріві  листів в горизонтальному положенні можливо прилипання матеріалу до металевих поверхонь. Щоб уникнути цього, площини опор повинні бути захищені фторопластовим покриттям або тефлоновим сіткою.

Тривалість і температура нагріву варіюють в залежності від виду продукції, термічних умов і складності деталі, яка формується. Для того, щоб встановити зони, «небезпечні» для формування, необхідно в лабораторних умовах отримати відформовані зразки і найбільш розтягнуті поверхні, їх занурити в етанол на 10 хвилин. Якщо в матеріалі присутнє анормальне внутрішнє напруження, в зразках утворюються тріщини, зразки можуть руйнуватися. Для блочного оргскла характерна максимальна усадка в 2%, яка однаково поширюється на всі боки і більш широкий температурний інтервал переробки.

2. Температура пластичного формоутворення

Середні значення температур формоутворення для екструзійного скла в залежності від нагрівального пристрою, типу матеріалу і товщини розташовуються між 140 ° С і 170°С. При виборі температури завжди потрібно перебувати в інтервалі 140-180°С і зважувати переваги і недоліки, які тягнуть за собою різні температурні діапазони. Найбільш оптимальними є наступні температури формування:

• Екструзійне скло: 150-160°C
• Лите скло: 160-175°C

При низьких температурах матеріал володіє відносно високою формувальною напругою, що привносить з собою високу тенденцію до повернення в початкове положення і листи можуть лопнути. При цьому майже не погіршується гарна якість поверхні напівпродукту. При високих температурах, навпаки, тенденція до повернення незначна, однак, існує небезпека погіршення поверхні напівпродукту.

3. Умови пластичного формотворення

Вибір таких умов термоформування, як швидкість формування, ступінь термоформування (ступінь витягування) і формувальних зусиль залежить від зовнішньої форми напівпродукту, а також від тих властивостей, якими має володіти формований виріб після термоформування.

Швидкість формування дозволяє судити про те, з якою швидкістю можна витягувати або розтягувати матеріал в високоеластичному стані. При надмірно високій швидкості формування існує небезпека розтріскування оброблюваної деталі внаслідок перевищення межі міцності. Крім того, це може привести до різнотовщинності. З іншого боку, потрібно уникати занадто малих швидкостей термоформування, щоб запобігти охолодженню в процесі роботи, зайвому енергоспоживанню або розтріскуванню матеріалу.

Швидкість формування залежить від матеріалу, від товщини матеріалу і від способу термоформування. Так, екструзійне органічне скло можна формувати при більш високій швидкості, ніж блокове органічне скло.

Ступінь термоформування дозволяє судити про формозміну, що відбувається при термоформуванні напівпродукту. При звичайному способі формування така зміна тягне за собою збільшення площі поверхні при відповідному зменшенні товщини матеріалу. Ступінь термоформування визначається як співвідношення середніх значень товщини матеріалу до і після формування або виходячи зі збільшення площі поверхні.

При термоформуванні слід враховувати, що ступінь термоформування у всього готового виробу повинна залишатися по можливості однаковою, і таким чином повинна бути забезпечена рівномірна товщина.

Формувальні зусилля залежать від:

• ступеня термоформування,
• температури формування,
• формованого матеріалу (екструзійне або блочне органічне скло).

Для виготовлення технологічної оснастки (матриць, пуансонів), зазвичай використовують деревину, гіпс, склопластику, сталь, алюміній і ін. матеріали. З метою найбільш ефективного зменшення напружень, що виникають в процесі формування, рекомендується проводити нагрів матриць, кріпильних рамок, пуансонів при температурі 70-80°С.

Нагрітий лист, щоб уникнути поверхневих пошкоджень і збереження оптичних властивостей деталей поміщається на форму і утримується на її поверхні за допомогою замші, байки. Процес формування закінчують повільним охолодженням відформованої деталі.

4. Способи пластичного формоутворення

Існує кілька способів пластичного формоутворення. Вибір відповідного способу залежить від:

• форми і розміру оброблюваної деталі,
• потрібного розподілу по товщині стінок,
• числа деталей,
• типу застосовуваного матеріалу,
• вимог до кінцевого продукту щодо зовнішнього вигляду, витримування заданих розмірів, чіткості контурів і т.д.
• від наявних у розпорядженні установок штампів і допоміжних засобів.

4.1 Вільне втягування

З метою отримання деталей сферичної і яйцеподібної форм застосовують метод гарячого штампування з розтягуванням, вміщуючи лист - заготовку в вакуум - камеру і закріплюючи край листа на рамці за допомогою диска. В цьому випадку не виникає зіткнення або тертя з вигнутою частиною, завдяки чому можна отримати досить складні форми.

4.2. Вільне вдування і втягування в форму

Конструкцією технологічного оснащення передбачений затиск нагрітої заготовки між двома дисками, один з яких герметично з'єднаний з пневмо - або вакуум-камерою, а другий є формотворчим. Відформована деталь остигає під тиском (розрідженням) до 40-50°С. При такому формуванні зазвичай відбувається витяжка матеріалу, що супроводжується зменшенням товщини в вершині купола виробу, проте це не погіршує фізико - механічних властивостей матеріалу, що підтверджено практикою.

4.3. Вдування під тиском в увігнуту форму

При роботі під тиском необхідно вибирати дуже міцні форми (метал, тверда деревина та ін.). При пневмоформуванні надмірний тиск створюється між стеклом і притискним диском формувальної оснастки. Вентиляційні канали забезпечують відтік повітря, регулюючи тиск формування. Таким чином, отримують деталі складної конфігурації, рельєфної форми (наприклад, літери).

4.4. Втягування за допомогою пуансона

Пуансон, що має форму внутрішньої поверхні деталі, опускається на розігрітий лист і деформує його при невеликому тиску. Можливо також виготовлення виробів шляхом натягу нагрітого листа скла на пуансон. Нагріта заготовка затискається по всьому контуру в рамки, відповідні формі пуансона, після чого вона натягується на пуансон до повного його облягання. Рекомендується для рівномірного розтягування застосовувати контактні мастила форми (парафін, мастила на силіконовій основі).

4.5. Згинання

Процес полягає в місцевому нагріванні листа товщиною до 6 мм по осі вигину за допомогою одного або декількох прямолінійних нагрівальних елементів.

Наприклад: нагрівальний елемент може складатися з нікелевої / хромової нитки, що утримується в натягнутому стані за допомогою пружини або противаги при низькій напрузі (24 або 48 вольт).

Щоб уникнути виникнення напруги в зоні згинання необхідно дотримуватися ряду запобіжних заходів:

• виробляти інтенсивний нагрів виключно в зоні згинання;
• використовувати виключно відповідні станини для нагріву: найкращий варіант надають станини з регульованим розводом, що дозволяють контролювати ширину зони нагрівання;
• зона поза дільницею нагріву повинна бути доведена до температури близько 70°С, щоб уникнути виникнення напруг, пов'язаних з різницею температур;
• чим товще скло, тим більше повинна бути зона, що нагрівається. У разі згинання під прямим кутом, ширина зазначеної зони повинна перевищувати товщину матеріалу приблизно в 5 разів;
• довести матеріал до температури порядку 130-150°С, при якій згинання можна виробляти при найменшому навантаженні. У більшості випадків при згинанні матеріалу товщиною до 5 мм досить одного приладу з нагріваючою ниткою і двох водних сорочок. При збільшенні товщини матеріалу необхідно використовувати 2 прилади, симетрично розташованих по обидва боки листа;
• виробляти згинання, уникаючи інтенсивного нагріву матеріалу зокрема, використовуючи шаблони з деревини;
• провести природне охолодження матеріалу в формі.

Крім рекомендованих методів виготовлення виробів з екструзійного скла можливе отримання їх комбінованими методами (наприклад, видування - втягування - пресування).

5. Застереження щодо використання з екструзійним склом

Щоб уникнути виникнення значних залишкових напружень в зоні формування скла необхідно дотримуватися запобіжних заходів:

• виробляти інтенсивний нагрів тільки в зоні згинання
• використовувати обладнання для нагріву з регульованою і контрольованою зоною нагріву. Зона поза
• дільницею згинання скла повинна бути нагріта до температури 70°С
• нанести V - образну канавку при отриманні гострих кутів при згинанні матеріалів великої товщини
• чим товще скло, тим більше повинна бути нагріваюча зона
• матеріал повинен мати температуру, при якій згинання може проводитися при найменшому навантаженні (120-140°С)
• Провести природне охолодження матеріалу в його формі.
• Перед контактом з розчинниками або використанням в умовах підвищеного навантаження необхідно провести термічну обробку для зменшення залишкової напруги (гаряче сушіння або відпал).

6. Охолодження

Запобіжні заходи при охолодженні:

• для найкращого збереження отриманої форми і щоб уникнути деформації виробу необхідно залишити його на матриці до його охолодження до температури 70°С.
• охолодження повинно бути як можна більш тривалим і однорідним з метою уникнення можливої внутрішньої напруги
• відформовані деталі повинні бути піддані термічному кондиціонуванню з метою зниження напружень перед їх взаємодією з розчинниками, фарбою, липкою стрічкою
• слід уникати перегріву і переохолодження виробу та форми, великіої швидкості розтягування, підвищення тиску повітря, зіткнення формованого матеріалу з формою перед формуванням при високій температурі.

7. Відпал

При локальному нагріванні можуть виникнути внутрішня напруга, яка при подальшому застосуванні призводить до утворення так званих тріщин внаслідок цих напруг. Тому такі внутрішні напруги істотно знімаються в результаті термообробки при 60-80°С. Час відпалу в залежності від товщини стінок (від 2 до 6 годин при товщині від 2 до 20 мм). Після відпалу зробити природне охолодження виробів в термошафі щоб уникнути виникнення напруг.

8. Стикування

При стикуванні дві або кілька оброблюваних деталей з'єднують одну з одною. Такі напівпродукти, як пластини, блоки, стрижні і труби можуть зістиковуватися різноманітними способами. При цьому розрізняють два типи з'єднань:

• нероз'ємні з'єднання
• роз'ємні з'єднання

До нероз'ємним способів з'єднання відносяться склеювання, зварювання і клепка, а роз'ємні способи з'єднання - це клемові скріплення і різьбове з'єднання. Те, який спосіб з'єднання слід застосовувати в кожному конкретному випадку, залежить від відповідного характеру пропонованих вимог.

<< Назад