Компресионно формоване
Начало > Машини > Във Фокус > Сп. Инженеринг ревю - брой 9/2023 > 04.01.2024
- За разлика от термореактивните материали, при термопластичните матрицата трябва да бъде охладена в края на процеса на формоване
- Компресионното формоване се използва за производството на корпуси за електрически и електронни устройства, копчета и превключватели, дръжки, автомобилни части, бронежилетки и решения за съхранение
- Поради по-ниските налягания, разходите за инструментална екипировка са приемливи, а формите обикновено издържат дълго, без да се изкривяват или да възниква необходимост от подмяната им
ПОДОБНИ СТАТИИ
Леене под налягане с термопласти
Леене под налягане на микрокомпоненти
Какво ново при леенето под налягане и формоването на пластмаса
Компресионното формоване е ефективен процес, прилаган в редица индустриални сектори – от производството на потребителски стоки до автомобилостроенето и дори авиокосмическата индустрия, за производството на продукти, отличаващи се с високо качество и, най-важното – с функционалност. Процесът включва използването на топлина, матрици и компресионна сила под формата на високо налягане. Предварително нагретите материали, които често са каучук или термопластичен полимер, се стопяват, след което се поставят в нагрятата форма и се подлагат на компресия.
Същност
За компресионното формоване е необходима матрица, състояща се от две части – женска и мъжка. Процесът на формоване се извършва с помощта на преса с нагрети плочи (горна и долна). Важно е да се отбележи, че преди започване на процеса трябва да се определи позицията на частите на формата спрямо плочите на пресата.
Когато се използват формовъчни смеси, кухата (женската) част на матрицата обикновено се прикрепя към долната плоча на пресата, докато другата половина се закрепва към горната плоча. Ако пък се използва импрегниран с пластмаса материал, кухата част на формата се прикрепя към горната плоча, а другата половина – към долната плоча. Независимо от това обаче, винаги трябва да се гарантира, че двете части на формата са подравнени и позицията им съвпада една с друга.
Формовъчната смес се зарежда в кухата част на нагрятата форма, след като е претеглена и предварително загрята. След това чрез затваряне на пресата двете части на формата се съединяват. Това затварящо действие води до запълване на кухината между двете части с формовъчна смес и изместване на въздуха от системата.
Пластмасата се оставя във формата при точно специфицирана температура и налягане за определено време до пълното й втвърдяване. Когато се използват термореактивни пластмаси, температурата на предварително нагряване на материала може да достигне 150°C, температурата на нагряване на формата е в диапазона 120 – 180°C, а налягането може да варира между 70 и 140 bar. Формовъчната смес обикновено се зарежда в излишък в матрицата, за да се гарантира цялостното й запълване.
След процеса на формоване излишният материал, известен като чеплък, често прелива между съвпадащите повърхности на двете части на формата. Въпреки че пиленето и песъкоструйната обработка са достатъчно добри методи за отстраняване на чеплъка, разпространена практика е замразяването на пластмасата, което значително улеснява почистването.
Процесът на компресионно формоване протича по доста различен начин за термопластичните материали. За разлика от термореактивните материали, при термопластичните матрицата трябва да бъде охладена в края на процеса на формоване. Тъй като се втвърдяват и не са течливи след формоване, няма нужда термореактивните пластмаси да бъдат охлаждани след формоване.
Процесът на формоване може да отнеме от 3 минути до 2 часа – всичко зависи от типа на пластмасата и обема на формовъчната смес. От всички разгледани етапи, процесите на втвърдяване и охлаждане са най-времеемки.
Видове форми
Матриците за компресионно формоване могат да бъдат положителни, отворени или полуположителни. При положителните форми цялата кухина, която обикновено е много дълбока, се запълва с материал. Тъй като изтичането на материал е много малко, при пресоване се формира най-малкият възможен обем. При промяна на теглото на полимерния материал, дебелината на формованите части се увеличава или намалява пропорционално. Това означава, че при използване на форми с множество кухини е възможно вариране на дебелината или плътността на детайлите, в случай че една кухина се запълни с повече материал, отколкото другите.
Отворените (flash) форми са най-използваният вид. Те са лесни за конструиране и при тях дебелината и плътността на детайлите се поддържа в близки граници. Това е възможно благодарение на факта, че двете части на формата не прилепват плътно една към друга, т.е. между тях остава малка празнина, в която изтича излишният материал, формирайки чеплък. Така материалът може да бъде пресован до плътност, пропорционална на прилаганата сила.
Полуположителните форми също са популярни. Те комбинират характеристиките на другите два вида матрици и водят до получаването на по-добре формовани детайли. Те имат големи кухини, позволяващи сигурно запълване с материал, и странични стени, даващи възможност за изтичане на излишъка от пластмаса като чеплък.
Материали
Широка гама материали се използват за производството на висококачествени продукти чрез компресионно формоване. Доброто познаване на наличните опции допринася за избора на най-подходящия материал за конкретното приложение.
За компресионно формоване се използват два основни вида материали – термореактивни и термопластични полимери. Към термореактивните материали спадат епоксидни и уретанови смоли, меламин, докато термопластичните полимери включват полиетилен висока плътност (HDPE), полиетер етеркетон (РЕЕК) и полифенилен сулфид (PPS).
Еластомери като естествени каучуци също намират приложение в компресионното формоване, осигурявайки гъвкавост и еластичност на крайните продукти. Тези материали могат да се използват в широк диапазон от индустриални сектори и приложения.
Сред популярните композитни материали, използвани в компресионното формоване, са:
- обемни формовъчни компаунди (bulk molding compound, BMC) – смеси от смола, пигменти и пълнители, предлагащи отлична електро- и топлоизолация;
- листови формовъчни компаунди (sheet molding compound, SMC) – съдържат смола, подсилващи влакна и пълнители, като предоставят голяма здравина и лекота;
- полиестер – осигурява добри механични свойства и химична устойчивост, предлага се в различни форми.
Приложения
Тъй като формите се проектират и конструират по поръчка, възможностите са почти безкрайни при планирането на размерите и формата на компресионно формованите продукти. Процесът е особено подходящ за по-големи и обемисти обекти, въпреки че е ефективна практика за изработка на широк диапазон от продукти.
В миналото компресионното формоване е предпочитаният процес за производство на продуктови линии от бакелит, включително корпуси на настолни лампи, радиа, телефони, кутии за бижута, кухненски принадлежности и др. Въпреки че днес по-широко използвани са други полимерни материали, производственият процес чрез компресионно формоване все още е популярен, особено за изработката на меламинови кухненски съдове, например чинии, чаши, купи и контейнери.
Компресионното формоване се използва и за производството на корпуси за електрически и електронни устройства, копчета и превключватели, дръжки, автомобилни части, бронежилетки и решения за съхранение. В автомобилостроенето методът е особено ценен за производството на различни композитни части и пластмасови компоненти. Това могат да бъдат брони, капаци и дори структурни елементи, предлагащи предимства като по-ниско тегло, разходна ефективност и гъвкавост при проектиране. Сред ключовите ползи е възможността за създаването на големи, сложни детайли в рамките на един-единствен процес, минимизирайки необходимостта от допълнителни етапи на асемблиране.
Компресионно формоване или шприцване
Двата процеса са много подобни, но между тях има една основна разлика. При компресионното формоване матрицата се затваря около стопилката, докато при леенето под налягане стопеният материал се инжектира в затворената кухина на шприцформата.
Производителите днес често използват и компресионно формоване, и шприцване, но за различни видове детайли. Леенето под налягане обикновено е по-добрият избор за по-сложни части, докато компресионното формоване е идеален вариант за относително прости детайли, включително свръхголеми основни форми, които не могат да бъдат произведени чрез екструзионни техники.
Шприцването се отличава с по-кратки цикли в сравнение с компресионното формоване, така че то често е по-бързо и разходно ефективно, ако е необходимо да се произвеждат големи количества детайли. Компресионното формоване обаче изисква по-ниски налягания, така че разходите могат да са по-ниски. Загубите на материал също са малки, което е предимство, когато се работи със скъпоструващи суровини.
Предимства и недостатъци
Компресионното формоване в много случаи е методът с най-висока разходна ефективност, в случай че трябва да се произведат прости, предимно плоски, големи детайли. Допустими са някои извивки и вдлъбнатини, но реализирането чрез компресионно формоване на изключително малки или големи ъгли и дълбоки изтегляния може да е предизвикателство. Поради по-ниските налягания, разходите за инструментална екипировка са приемливи, а формите обикновено издържат дълго, без да се изкривяват или да възниква необходимост от подмяната им. За да компенсират за разходите, свързани с продължителните цикли на компресионното формоване, производителите могат да използват матрица с няколко кухини, създавайки множество детайли в рамките на един и същ цикъл.
В сравнение с много други производствени процеси, компресионното формоване гарантира получаването на детайл с чист, върхов повърхностен финиш всеки един път. Топлината и налягането спомагат за финото разпределяне на нагретите термопластични полимери, което редуцира времето за финишна обработка на крайните продукти и ускорява производството.
Структурната стабилност на произведените чрез компресионно формоване детайли е много висока. Технологията се използва и за производството на части от композитни материали.
Компресионното формоване е отличен инструмент и за инженери и разработчици на продукти, тъй като може да се използва за прототипиране. Прости компресионни матрици могат да бъдат проектирани с помощта на CAD софтуер, след което да бъдат 3D принтирани и използвани за формоването на различни видове материали.
Макар компресионното формоване да носи редица ползи, то има и някои ограничения. Както бе споменато, процесът не е много подходящ за производството на сложни детайли, например такива с много малки ъгли или с малки размери. Продължителността на циклите, която може да достигне няколко минути, е голяма в сравнение с методите за производство на големи обеми детайли. При шприцването например продължителността на циклите често е само няколко секунди.
Разходите за труд, свързани с компресионното формоване, също могат да бъдат относително високи поради по-продължителните цикли, които водят до повече работни часове. Чеплъкът и грапавините трябва да бъдат отстранявани ръчно от компресионно формованите детайли, което също отнема време и води до генерирането на отпадъци. Ако оставим всички тези ограничения настрана, компресионното формоване е все още важен производствен метод, който се използва за изработката на широка гама продукти от нашето ежедневие.
Вижте още от Машини
Ключови думи: компресионно формоване, формоване на пластмаси, шприцване, пластмасова индустрия
Редактор на статията:
Отговорен редактор
• Завършва специалност "Инженерна екология" в Химикотехнологичен и металургичен университет;
• Заема длъжността "Отговорен редактор" в издателство TLL Media от 2020 г.;
• Разполага с над 10 години опит в създаването на съдържание и писането на научни статии.
Контакт в LinkedIn
Новият брой 9/2024