Установки для индивидуального и мелкосерийного производства

Небольшие сосуды и аппараты для химической промышленности можно футеровать листовыми термопластами. Бесшовную футеровку с помощью сжатого воздуха удается получать на сосудах и аппаратах с небольшой глубиной (не больше двух третей диаметра изделия). Для этого между фланцами аппарата и крышки герметично зажимают предварительно нагретую термопластичную заготовку. Для формования этой заготовки необходимо через специальные штуцера подать воздух и удалить его (поэтому штуцера должны быть расположены по возможности дальше друг от друга). У большинства футеруемых аппаратов есть штуцера, имеющие определенное функциональное назначение. Если же их нет, то следует к оболочке приварить два коротких штуцера (расположив их, как указано выше), снабдив их заглушками (чтобы воздух не выходил во внутреннюю полость аппарата). С штуцерами соединяются два гибких шланга, снабженных кранами. Один из шлангов присоединяется к линии, подающей предварительно подогретый в калорифере сжатый воздух. Все эти соединения следует делать заблаговременно, а фланцы, между которыми зажимается лист термопласта, соединить струбцинами.

Поскольку зажим листовой заготовки требует в данном случае значительных затрат времени, то заготовка успевает остыть и ее необходимо дополнительно нагреть. Для этой цели можно использовать горячий воздух или примитивный электронагреватель (при футеровании нескольких аналогичных оболочек). Конструкция такого нагревателя состоит из жесткого коробчатого каркаса с натянутыми на нем ленточными нихромовыми элементами сопротивления. Так как при такой методике нагрева трудно достичь равномерной температуры по всей поверхности листа, то между нагревателем и заготовкой устанавливают тонкий ровный лист жести или кровельного железа. Последний выполняет роль экрана и обеспечивает равномерный нагрев заготовки.

После нагрева заготовки футеровку формуют сжатым воздухом. Когда заканчивается вытяжка и опрессовка футеровки на стенках аппарата, выключают нагрев воздуха и приоткрывают кран на втором штуцере. Таким образом футеровка охлаждается холодным сжатым воздухом. После окончания процесса охлаждения можно полностью сбросить давление и снять крышку. Давление сжатого воздуха, подаваемого в аппарат при футеровании, не должно превышать давления, на которое рассчитаны стенки аппарата.

Имеющиеся в аппарате штуцера футеруют отдельно. Для этого в штуцера вводят пластмассовые трубки с фланцами, которые приклеивают или приваривают к футеровке оболочки.

Футерование с помощью вакуума (рис. 5.59) проводится в тех случаях, когда для полного оформления футеровки достаточно избыточного давления примерно 0,08—0,09 МПа. Нагретую заготовку 3 зажимают между фланцами 2 и специальным кольцом 1 с подложенной под него резиновой прокладкой. Все штуцера на футеруемой оболочке, кроме одного, находящегося как можно ближе к центру оболочки, закрываются заглушками. Кольцо 1 стягивается с фланцем оболочки струбцинами. Затем лист термопласта нагревается электронагревателем 4 и после соединения полости оболочки с вакуумной системой формуется.

Для успешного проведения процесса формования вакуум-насос должен обладать высокой производительностью при остаточном давлении около 85—95 кПа. Применяются как поршневые, так и ротационные насосы.

Если производительность насоса мала и не может обеспечить нужную скорость формования футеровки, то необходимо оборудовать вакуум-систему ресивером, объем которого должен. зкуум-Лоо превышать объем, заключенный между _{мования} ' _фу._{геровки} стенками оболочки И ПЛОСКОЙ ЛИСТОхимического аппарата вой заготовкой примерно в 6 раз. В этом случае целесообразно располагать вакуум-насос 5 между ресивером 1 и оболочкой 4, выполняющей в данном случае функцию матрицы (рис. 5.60). На основном трубопроводе по обе стороны боковой отводной трубы устанавливают краны 2 и 3. При нагреве заготовки кран 3 закрыт и воздух удаляется из ресивера через открытый кран 2. Для проведения формования необходимо открыть кран 3. Когда формуемый лист термопластичного материала достаточно близко подойдет к стенкам футеруемого аппарата, кран 2 закрывают и воздух удаляется только вакуумнасосом.

Рис. 5.60. Схема вакуумной системы для обеспечения необходимой производительности вакуум-насоса при футеровке.

При необходимости производства небольших серий изделий и отсутствии на производстве специального оборудования можно изготовить простейшую вакуум-формовочную установку (рис. 5.61). На плите 1 неподвижно крепится с помощью фланца 2 ось нагревателя, представляющая собой полую трубу 3 с вставленной в нее бобышкой 6. На оси крепится нагреватель, состоящий из коробчатого корпуса 8, в котором смонтированы трубчатые электронагреватели 7. К корпусу нагревателя приварена поворотная втулка 5.

Под плоскостью нагревателя на стойках 18 к плите 1 крепится камера 17, в которой на направляющих смонтирован прямоугольный стол 16, имеющий внутреннюю полость и нижний штуцер 15 для присоединения к вакуумной линии. В середине верхней плиты стола имеется несколько отверстий. Передвижение стола вверх и вниз осуществляется вручную с помощью пары винт — гайка 19. Верхняя съемная часть 10 прижимной рамы соединяется с нижней неподвижной частью 11 с помощью откидных болтов 9. На поверхности прижимной рамы, прилегающей к заготовке 13, наклеивают резиновые прокладки 12. Герметизация формы осуществляется с помощью резиновой прокладки 14. Расстояние между нагревателем и заготовкой регулируют перемещением бобышки 6 в трубе 3. Положение бобышки фиксируют штифтом 4.

При размере прижимной рамы 400×400 мм и менее поднимают и опускают стол 16 вручную вращением маховика 20. При формовании изделий больших габаритов необходимо использовать электропривод по схеме электродвигатель — редуктор — ходовой винт.

Если в цехе имеется централизованная вакуумная линия, к ней через кран или электромагнитный клапан присоединяется гибкий шланг 21. В том случае, когда централизованная вакуумная линия в цехе отсутствует, установка оборудуется вакуумной системой, аналогичной изображенной на рис. 5.60. Если для производства изделий будут использоваться несколько подобных установок, то экономичнее будет оборудовать их централизованной вакуум-системой с разводкой вакуумных линий к отдельным машинам.

На машине описанной конструкции можно осуществлять негативное, позитивное, свободное формование и позитивное формование с предварительной механической вытяжкой. Конструкция машины допускает присоединение к камере 17 линии сжатого воздуха. При этом можно реализовать негативное формование с предварительной механической вытяжкой заготовки вверх, свободное пневматическое формование и позитивное формование с предварительной механопневматической вытяжкой.

Для пневматического и вакуумного формования малых серий изделий можно использовать также установку типа изображенной на рис. 5.62. Для осуществления пневмоформования на матрицу 2, смонтированную на плите 10, укладывают термопластичную заготовку, а из прижимной рамы 3 вынимают пневмокамеру 9. Затем включают нагреватель 5 и нагревают заготовку, после чего пневмокамеру возвращают обратно, а в рабочую полость пневмоцилиндра 7 подают сжатый воздух. Ведомая штоками 4 пневмоцилиндра прижимная рама закрепляет термопласт и совместно с пневмокамерой герметизирует пространство над заготовкой. Во внутреннюю полость пневмокамеры подается сжатый воздух, и происходит оформление изделия. Чтобы вынуть предварительно охлажденное изделие, достаточно соединить рабочую полость пневмоцилиндра с атмосферой. Пружины 8поднимут поршень со штоками, прижимной рамой и пневмокамерой, в результате чего изделие освободится. Если необходимо провести формование комбинированным пневмовакуумным способом, после закрепления формуемого листа в прижимной раме и герметизации пространства над ним в полость пневмокамеры подается сжатый воздух, а в полости матрицы через штуцер 1 создается разрежение. В остальном цикл формования идентичен предыдущему. На этой же установке можно осуществить процесс вакуумного формования. В этом случае демонтируется пневмокамера 9, а формующий перепад давления создается только за счет разрежения в полости матрицы. Силовое замыкание и жесткость конструкции обеспечивается колонками 6.

Если на производстве имеется прессовое оборудование и необходимо выпускать значительный объем изделий формованием из листовых термопластов, один или несколько прессов могут быть специально для этого переоборудованы. Они дополнительно снабжаются сравнительно простой механизированной печью для нагрева заготовок, так как нагрев больших листов с ручной подачей и укладкой на матрицу будет весьма трудоемким. На рис. 5.63 показана схема установки на базе гидравлического пресса 1, на который устанавливается оснастка 2 для механопневмоформова;

Рис. 5.62. Схема пневмовакуум-формоРис. 5.63. Установка для формования.

волной установки для мелкосерийного изделий из листовых термопластов на производства базе гидравлического пресса ния. Длина оснастки может быть больше, чем глубина стола. В этом случае ее монтируют на балках, выступающих за пределы пресса. Электропечь 4 устанавливают позади пресса на подставках 6. В печи располагаются выдвижные полки 5 с механическим приводом, на которые укладывают листы 3. Нагретый лист подается в пневмокамеру.

Такая механизированная установка обеспечивает достаточно высокую производительность при производстве изделий из толстолистовых заготовок, которая часто не уступает производительности специальных формовочных машин и позволяет получать изделия (в зависимости от мощности пресса) следующих максимальных размеров:

Практика показывает, что вибровоздействие, оказываемое на перерабатываемый методами термоформования листовой материал, способствует снижению сопротивления термопласта деформированию, снижает разнотолщинность изделий, причем этот эффект проявляется при наложении как низкочастотных, так и высокочастотных колебаний. Так, при наложении высокочастотных колебаний на оформляющие поверхности рабочей оснастки разнотолщинность уменьшается вследствие того, что вибрация, передаваемая от стенок оформляющего инструмента формуемой заготовке, снижает ее сопротивление деформированию в местах контакта с оснасткой. Благодаря этому термопластичный материал заготовки, соприкоснувшись с холодной стенкой матрицы, несмотря на образование тонкой охлажденной корки, продолжает деформироваться и частично перераспределяться, например при негативном формовании — с боковых стенок в свободноформуемую часть заготовки. С использованием этого явления были созданы установки, позволяющие снизить разнотолщинность изделий при негативном формовании с применением и без применения предварительной механической вытяжки.

Установка, в которой использован метод наложения высокочастотных вибраций на формующий инструмент (рис. 5.64), состоит из станины 4, в месте крепления которой устанавливается виброизолирующая прокладка 5. В станине 4 смонтирована матрица для негативного формования. Корпус 7 матрицы является одновременно обоймой, в которой размещены катушки индуктивности 10 с ферромагнитными сердечниками 11. Рабочую поверхность матрицы образует тонкостенная медная оболочка 2, изготовленная гальваническим методом по аналогии с изготовлением матрицы гальванобетонных форм. В зазоре между оболочкой 2 и корпусом.

Рис. 5.64. Схема устройства для формования с наложением вибрации на формующий инструмент.

матрицы /расположены ферромагнитные тела 1. Оболочка матрицы 2 имеет отверстия 3 для эвакуации воздуха. Лист термопласта 12 закрепляется с помощью прижимной рамы 13 на станине 4. Для отсоса воздуха из-под оболочки 2 предназначен штуцер 8.

При отсутствии в используемом формовочном оборудовании устройства для предварительной механической вытяжки к станине 4 с помощью колонок 16 крепится траверса 15. На траверсе 15

монтируется пневмоцилиндр 14 привода пуансона 6, с помощью которого может быть осуществлена предварительная механическая вытяжка. На торце пуансона 6 закрепляется пульсатор 9.

При наличии на используемом оборудовании плунжера для предварительной механической вытяжки узлы 6, 14, 15 и 16 на установку не монтируются, а пульсатор 9устанавливается на вытяжном плунжере формовочной машины.

Устройство предназначено для использования в стандартных формовочных машинах. Оно помещается вместо обычного формующего инструмента. Штуцер 8 соединяется с вакуумной системой машины. Для разогрева заготовок используется штатный нагреватель 17, предусмотренный конструкцией вакуум-формовочной машины.

Порядок работы устройства следующий. После нагрева заготовки, закрепленной под прижимной рамой, до высокоэластического состояния инфракрасный нагреватель отводится в сторону за пределы формующей матрицы. Затем катушки индуктивности 10 и (в случае использования предварительной механической вытяжки) пульсатор 9 подключаются к источнику напряжения. Подается давление в цилиндр 14, и пуансон предварительной вытяжки опускается на заданную глубину — происходит вытяжка заготовки. При отсутствии пульсатора 9 участок листа термопласта, соприкоснувшийся с нижним торцом вытяжного пуансона, практически сохранил бы свою исходную толщину. В данном случае за счет вибрационного воздействия, передаваемого от пуансона термопласту, механическое сопротивление деформации полимера несколько снижается и материал частично утягивается с торца пуансона, способствуя тем самым более равномерной вытяжке всей заготовки. Вибрационное воздействие оказывается и на матрицу. Подключенные к источнику напряжения катушки индуктивности 10 передают вибрацию последовательно через ферромагнитные сердечники 11 на ферромагнитные шарики 1, расположенные свободно, в один слой, в зазоре между оболочкой 2 и корпусом матрицы 7. Шарики 1 передают вибрацию на оболочку 2, причем колебания направлены перпендикулярно поверхности оболочки.

После окончания этапа предварительной механической вытяжки открывается клапан вакуум-системы машины, соединяющий ее вакуум-ресивер со штуцером 8, через который происходит отсос воздуха из полости матрицы между заготовкой 12 и оболочкой 2, через гнезда для катушек в корпусе 7 и отверстия 3 в оболочке матрицы. Формуемая заготовка деформируется и входит в контакт с верхней частью оболочки матрицы. При этом благодаря наложению вибрации на оболочку 2 происходят два явления, способствующие более равномерной деформации заготовки, чем в ходе обычного процесса формования. Во-первых, формуемая заготовка под действием вибрации, направленной перпендикулярно поверхности оболочки 2, как бы отслаивается от нее и благодаря перепаду давления частично утягивается вниз, устраняя таким образом характерную разнотолщинность изделия вблизи зоны закрепления листа термопласта. Во-вторых, как уже говорилось, под действием вибрации уменьшается сопротивление деформированию материала термопластичной заготовки, что способствует перераспределению материала и получению более качественного изделия.

После окончания формоизменения заготовки вибраторы отключаются, и охлаждение происходит как на традиционном оборудовании. Для поддержания постоянной температуры формующего инструмента в данном случае рекомендуется использовать в качестве теплоносителя подогретый воздух.

При установке подобного оборудования используются виброгасящие прокладки 5.

Использование описанного устройства позволяет понизить разнотолщинность изделий на 35—40% по сравнению с изделиями, полученными методом негативного формования с предварительной механической вытяжкой. Кроме того, применение этого устройства на вакуум-формовочных машинах позволяет увеличить максимально допустимую толщину перерабатываемых на них заготовок в среднем на 1—2 мм (в зависимости от физико-механических показателей термопласта).

Работа другого вида оборудования основана на наложении вибрационного воздействия непосредственно на формуемый термопласт. Такое воздействие легче всего оказывать при пневматическом или гидравлическом формовании. Пример схемы подобного оборудования приведен на рис. 5.65. Схема формования при применении данного устройства остается в основном традиционной. Не претерпевает каких-либо изменений и оформляющий инструмент. На рисунке схематически показан процесс негативного формования, осуществляемый методом пневмовакуумного формования.

Установка состоит из матрицы 2, связанной с приводом вертикального перемещения 1. Заготовка закрепляется либо с помощью прижимной рамы 4, либо, как на установках механопневмоформования, нижней кромкой матрицы при ее опускании. Заготовка 9 укладывается на воздухораспределительную плиту 8, к которой подсоединен пневмоцилиндр 7, связанный с пневмосистемой машины и снабженный механическим вибратором 6.

Установка работает следующим образом. Лист термопласта нагревается с помощью инфракрасного нагревателя 3 после закрепления его прижимной рамой 4. В установках механопневмоформования заготовка подается уже в высокоэластическом состоянии.

Рис. 5.65. Схема установки для формования с наложением вибрации на деформируе мую заготовку.

из нагревательного устройства и укладывается на воздухораспределительную плиту. Матрица 2 с помощью привода 1 опускается вниз до соприкосновения с зажимной рамой 4. Затем пневмоцилиндр 7 соединяют с пневмосистемой 5 и создают в нем избыточное давление, поддерживаемое постоянным в процессе формования изделия. Одновременно механический вибратор 6 создает под формуемой заготовкой колебания, близкие к гармоническим с частотой от 5 до 20 Гц. Пульсирующее давление в цилиндре передается на поверхность формуемой заготовки.

В процессе формования за счет наложения вибрационного воздействия на лист происходит лучшее перераспределение термопласта в различных сечениях формуемой заготовки и уменьшается разнотолщинность готового изделия. Наличие полости 10 позволяет накладывать вибрацию сжатого воздуха равномерно на весь лист термопласта. Для улучшения процесса формования матрица может в момент создания давления под заготовкой вакуумироваться. Применение описываемого устройства позволяет снизить разнотолщинность изделий, изготавливаемых способом негативного формования, примерно на 25% по сравнению с изделиями, отформованными на установке, близкой по конструкции, но не предусматривающей наложения вибрационного воздействия на оформляющую заготовку.

Определенные трудности вызывает изготовление методом формования из листовых термопластов в высокоэластическом состоянии изделий полузакрытого и закрытого типов. Чаще всего подобные изделия производятся методом экструзии или литья с раздувом. Имеется технология производства подобных изделий методом механопневмоформования и вакуумного формования, однако и та и другая технологии малопроизводительны и требуют большого числа ручных операций. Что касается методов экструзии с раздувом и литья с раздувом, то эти методы, как известно, требуют совершенно иного, сравнительно дорогостоящего оборудования, приобретение которого не всегда оправдывает организация производства нескольких полых изделий закрытого типа.

Установка (рис. 5.66) позволяет сократить время цикла формования изделия, так как уменьшает машинное время в цикле формования изделий закрытого типа, а также сокращает количество ручных операций (закрепляется одна листовая заготовка вместо двух). Установка содержит раму 14, две полуформы 6, прижимную раму 5, нагреватель 16 (см. рис. 5.66, 6), который может быть отведен за пределы пространства над полуформами, опорные пластины 9 с закрепленными на них роликами 8 и привод вертикального перемещения, выполненный в виде гидроцилиндра 12 со штоком 11. Каждая опорная пластина снабжена парой рычагов 13, одни концы которых шарнирно соединены между собой, а другие — соответственно с рамой 14 и опорной пластиной. Каждые шарнирно соединенные концы рычагов связаны попарно пружинами 15. Полуформы соединены между особой шарниром 3 и связаны со штоком 11 привода вертикального перемещения посредством шарнирно закрепленной на них скобы 10, установленной на штоке привода. Полуформы снабжены захватами 7. На раме имеются вертикальные балки 2 с V-образным пазом 1 в верхней их части. Балки жестко закреплены на раме вне проекции развернутых полуформ.

Установка работает следующим образом. На находящиеся в раскрытом виде две полуформы 6 укладывают одну большую термопластичную заготовку 4 и закрепляют ее прижимной рамой 5. После этого сверху к заготовке подводится инфракрасный нагреватель 16. По окончании нагрева заготовки до высокоэластического состояния нагреватель отводится в сторону. Далее в полуформах 6 создается разрежение и под действием разности давлений внутри и снаружи полуформ из заготовки формуются две половины будущего изделия. Затем прижимная рама 5 отводится в сторону и шток 11 гидроцилиндра 12 опускается. При этом опускается и скоба 10. Движущаяся скоба 10 тянет за собой через шарнир 3 обе полуформы, которые опускаются и через ролики 8 нажимают на опорные пластины 9. Последние под воздействием этого усилия поворачиваются вокруг шарнирного соединения с рамой и че;

Рис. 5.66. Схема установки для формования полых изделий закрытого типа:

а — вид с разомкнутыми полуформами; б— вид слева; в — вид с сомкнутыми полуформами рез систему рычагов 13 растягивают пружины 75, позволяя полуформам 6 опускаться. Таким образом при движении штока гидроцилиндра 72 вниз полуформы 6также опускаются вниз и поворачиваются вокруг шарнира 3. Для направления форм при повороте предусмотрены ролики, закрепленные на опорных пластинах 9. В момент, когда полуформы принимают вертикальное положение и окончательно смыкаются (см. рис. 5.66, в), захваты 7, жестко закрепленные на задних стенках полуформ, заходят в V-образные пазы 7 балок 2, жестко закрепленных в вертикальном положении на раме. При этом создается необходимый натяг в верхней части плоскости вертикального смыкания полуформ. Смыкание обеих половин изделия с необходимым натягом при температуре формования термопласта обеспечивает контактную сварку обеих отформованных половин в готовое полое изделие. Если температура формования для изделий из конкретного термопласта оказывается недостаточной, то по периметру обеих полуформ монтируется нагревательный электрод ленточного типа. При смыкании полуформ с помощью конечного выключателя подается сигнал на реле времени, обеспечивающее подачу напряжения к нагревательным электродам на время, необходимое для доведения кромок полуизделий до температуры, требуемой для качественной контактной сварки.

После окончания сварки и охлаждения изделия полости полуформ соединяют с атмосферой, снимая тем самым формующий перепад давления. Затем рабочая жидкость подается в поршневую полость гидроцилиндра 12, шток 11 направляется вверх и вновь разворачивает полуформы в горизонтальной плоскости. Далее цикл повторяется.

Прйменение установки позволяет сократить время цикла формования примерно на 10% по сравнению с традиционным двухсторонним формованием.