Вакуумная формовка. Все этапы

Вакуумная формовка признана подвидом термоформования и является одним из старейших и наиболее распространенных методов обработки пластиковых материалов. Вакуум-формованные изделия повсюду окружают нас и играют важную роль в повседневной жизни.

Процесс включает в себя нагрев пластикового листа до эластичного состояния и затем наложение его на форму. Вакуум используется для втягивания полимерного листа в формующий инструмент. Затем лист извлекается из формы. Современное вакуумное оборудование для формования полимеров оснащено сложными пневматическими, гидравлическими и тепловыми регуляторами, которые обеспечивают высокую скорость производственного процесса и дают возможность изготавливать изделия сложной конструкции и формы высокого качества. 

Для вакуумной формовки практически все заготовки термопластов предоставляются в виде листов. Наиболее часто используемые материалы перечислены ниже.

Особенности использования вакуумной формовки и ограничения

Вакуумная формовка сравнительно с другими типами формовки полимеров имеет ряд технологических преимуществ. Применение низкого давления при этом процессе обеспечивает сравнительно низкую стоимость инструментов оборудования. Также низкое давление позволяет изготавливать качественные изделия из недорогих материалов. Рабочий цикл при этом достаточно короткий. Таким образом, производство прототипов, небольшого количества крупных деталей, а также изделий средних размеров экономически выгодно.

Более сложное оборудование и формы используются для непрерывного автоматизированного производства крупногабаритных изделий, таких как емкости для сохранения пищи, одноразовые чашки и сэндвич-пакеты.

В отличие от других процессов термопластичного формования, где используют полимерное сырье в виде смол или порошков, вакуумная формовка работает с экструдированными полимерными листами. После полного цикла формовки вакуумом обычно на изделии остаются элементы требующие обрезки. Переработанные отходы термопласта могут использоваться повторно, что также является огромным плюсом.

Этапы вакуумного формования

Фиксация листовой заготовки

Зажимная рама должна обладать достаточной мощностью, чтобы обеспечить надежную фиксацию листового полимера в процессе формования. Вакуумное оборудование с одним нагревательным элементом способно обработать материал толщиной не более 6 мм, а если оборудование оснащено двумя нагревателями — до 10 мм. При полностью автоматизированных рабочих процессах движущиеся части оборудования должны быть защищенными во избежание случайных повреждений.

Нагреватели для полимерных листов при вакуумной формовке

Пирометры обеспечивают точный контроль температуры нагрева, измеряя температуру плавления листа и взаимодействуя с управлением рабочих процессов. Точное считывание температуры также доступно с системой, управляемой компьютером, работающей в унисон с пирометрами. Для обработки толстых листов полимера рекомендуется использовать двойные нагреватели. Они обеспечивают более равномерное распределение температуры и ускоряют производственный цикл.

Двойные кварцевые нагреватели целесообразны при формовании высокотемпературных материалов с критическими температурами формования.

При строгом контроле областей интенсивной теплоотдачи потери тепла по краям заготовки, вызванные конвекционными воздушными потоками и поглощением из областей зажима, могут быть полностью компенсированы. Также при использовании кварцевых нагревателей значительно экономится электроэнергия, т. к. в процессе формовки нагреватели имеют регулируемый процент падения мощности из-за включателей находящихся в заднем положении.

Автонастройка уровня термопласта (доступна не на всех вакуум-формовочных машинах)

Опция автонастройки уровня листа доступна благодаря встроенному прибору с фотоэлектрическим лучом, который проводит сканирование расстояния между нижним нагревателем и листом пластика. Если лист пластика провисает, то небольшое количество воздуха впрыскивается в нижнюю камеру. Таким образом, лист поднимается и выравнивается.

Функция предварительного растяжения (доступно не на всех машинах)

Как только пластик достигнет температуры формования или эластичного состояния, его можно предварительно растянуть, чтобы обеспечить равномерную толщину стенки при применении вакуума. Метод контроля высоты пузырька состоит в том, чтобы получить согласованные результаты. Вакуум, давление воздуха и вспомогательная пробка используются для облегчения формования нагретого, растянутого пластика.

Вспомогательная функция проталкивания листа в форму (доступно не на всех машинах)

Вакуумное формование с помощью такой функции используется, когда прямая вакуумная формовка не позволяет равномерно распределить термопластичный лист по всем участкам формы. Чтобы распределить лист более равномерно, используется устройство похожее на плуг, для проталкивания листа в форму перед тем, как создается вакуум. Этот процесс позволяет большему количеству термопластичного материала достигать дна формы, и, таким образом, термопласт полностью заполняет все углы формы без риска истончения пластика.

Вакуум

Как только выполнена предварительная растяжка листа, можно создать вакуум. Сухой лопастной вакуумный насос используется для всасывания воздуха, который захватывается с пространства между листом и формой. Вакуумный насос должен поддерживать перепад давления. В больших машинах вакуумный резервуар используется в сочетании с вакуумным насосом большой емкости. Это позволяет создать процесс двухступенчатого вакуума, обеспечивая быстрое формование нагретого листа (до того, как температура листа упадет ниже его идеальной температуры формования).

Охлаждение и выпуск (доступно не на всех машинах)

После того, как пластик сформирован, ему нужно дать остыть перед тем, как выпустить. Если его изъять слишком рано, то деформация отливки приведет к появлению дефектов детали. Чтобы ускорить цикл охлаждения после формовки, включают охлаждающие вентиляторы. Также доступен вариант распыления жидкости, что напоминает туман, при котором форсунки прикрепляются к вентиляторам, а мелкий туман охлажденной воды направляется на лист. В сочетании с вентиляторами такой туман может ускорить цикл охлаждения до 30%. Наличие блоков контроля температуры, регулируют температуру внутри формы, обеспечивают точное и постоянное время охлаждения при остывании кристаллизующихся полимеров, таких как PP, HDPE и PET.

Обрезка и отделка

После того, как сформированная деталь остыла и ее изъяли из машины, избыток материала удаляется. А уже потом в изделии просверливаются отверстия и зазоры. Другие процессы постформинга включают в себя отделку, печать, укрепление, армирование и сборку.

Для удаления лишнего материала с готового изделия используются различные методы обрезки. Способ обрезки зависит от типа оборудования, размера изготовленной детали, коэффициента вытяжки и толщины материала. Детали тонкого калибра, как правило, обрезаются на механическом обжимном прессе, который еще называют роликовым прессом.

После всех проведенных работ изготовленная вакуумной формовкой деталь считается полностью готовой и может использоваться по предназначению.

Предлагаем вам посмотреть иллюстрацию процесса вакуумной формовки.