Вакуумно-пресс-камерное формование

Этот способ основан на передаче давления прессования воздуха через эластичную диафрагму к заготовке, уложенной на жесткую матрицу-форму. Внутренняя поверхность изделия оформляется матрицей, а внешняя — резиновым мешком и цулагой (рис. 2.15). Укладку пакета из ПКМ на форму осу­ществляют вручную с помощью приемов, описанных выше.

Эластичный мешок закрепляют на основании формы, при этом образуется герметично замкнутый объем. Цулагу жестко скрепляют с формой накидными прижимами. Прессование

 

 

Рис.2.15. Схема вакуумно-пресс-ка-мерного формования: 1 - форма; 2 — резиновый чехол; 3 — цулага; 4 - прессуемая заготовка; 5 — зажимы; 6 — основание формы

осуществляется при подаче в мешок сжатого воздуха. Под давлением мешок растягивает­ся в камере и плотно прижи­мается с одной стороны к уло­женной на форме заготовке, а с другой стороны — к поверх­ности цулаги. После чего мат­рицу подвергают нагреву, и изделие отверждается. Режи­мы термообработки и прессо­вания определяются свойства­ми компонентов ПКМ, кон­струкцией и габаритами изде­лия. Обычно давление прессо­вания в камере не превышает 0,5 МПа. Во избежание изме­нения формы готовое изделие охлаждают под давлением, а затем снимают с формы.

Из-за разности давлений внутри эластичного мешка и ок­ружающего воздуха форма испытывает значительные нагрузки. Поэтому формы для пневматического формования делают более прочными и жесткими, чем при вакуумном формовании.

Этим способом можно формовать практически любые во­локнистые и слоистые материалы.

2.5. Особенности конструирования деталей с учетом

технологии контактного формования и формования

с эластичной диафрагмой

Может показаться, что изменить конфигурацию или тол­щину нового изделия достаточно просто. Однако при формо­вании деталей в открытой форме эти изменения необходимо осуществлять с учетом всех возможных последствий.

1. Перед формованием детали материал необходимо уло­жить в форму строго в соответствии с ее очертанием. При наличии острых углов (угол 90° без закруглений) маты не закрывают всю поверхность формы, и за наружным смоляным слоем около углов образуются пузырьки воздуха. При наличии

 

 

148

 

149

 

2.5. Особенности конструирования деталей

внутренних прямых углов, выполненных без закруглений, ма­териал не будет прилегать к поверхности формы. Если же форма имеет наружные прямые углы, КМ также не сможет их плотно охватить.

Для предотвращения этих явлений рекомендуется закруг­лять внутренние и наружные углы по радиусу 3,00... 10,00 мм. В этом случае КМ будет полнее следовать очертанию формы, т.е. драпируемость будет лучше. Места резких переходов по­верхности являются зонами концентрации высоких напряже­ний, где может происходить расслоение и растрескивание ма­териала. Очевидно, что в конструкциях следует избегать таких мест и предусматривать самоупрочняющиеся переходные участки умеренного изгиба.

2. Для изменения толщины изделия, формуемого в откры­той форме, следует увеличить (или уменьшить) число слоев материала. При необходимости резких изменений слои следует тщательно укладывать точно в соответствии с очертанием формы, что, однако, увеличивает затраты на ручной труд. В местах утолщений происходит концентрация напряжений и, как следствие, расслоение материала. Поэтому надо избегать появления таких высоконапряженных зон. С этой целью реко­мендуется толщину изделия изменять постепенно, укладывая слои материала ступенчато или как кровельную черепицу.

3. Наиболее удобным для формования следует считать круг­лое отверстие; самым неудобным — отверстие с острыми неза­кругленными углами. Для предотвращения роста напряжений рекомендуется увеличивать радиусы закруглений в углах, а толщину изделия в острых углах увеличивать постепенно или предусматривать фланцы вокруг отверстий.

4. Изделия из ПКМ часто получают соединением несколь­ких отдельных деталей. Поэтому в зависимости от прочности (от большей к меньшей) следует различать соединения: нахлес-точные, работающие на сдвиг; стыковые; косые нахлесточные, работающие на раздир (на расслаивание).

Нахлесточные соединения являются самыми легкими и ши­роко используемыми при изготовлении деталей из ПКМ (рис. 2.16, а). Их форма и особенности нагружения (на сдвиг) предполагают применение клеев, что обеспечивает максималь­ную прочность соединения. Разрушение нахлесточного соеди-

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

нения под действием напряжений сдвига происходит тогда, когда при возрастании нагрузки оно начинает работать на раздир.

При увеличении нагрузки происходит поворот места соеди­нения, при этом действующие силы располагаются на одной оси (см. рис. 2.16, а). Этот поворот приводит к изгибанию материала и расслаиванию его на концах нахлеста. Если нагрузки продолжают расти, расслаивающие напряжения могут превысить адгезионную прочность, и соединение быстро разрушится. Од­нако если края нахлеста скошены, жесткость конструкции умень­шается и в результате повышается прочность соединения без увеличения площади его поверхности. Более того, при надлежа­щей подготовке материалов можно получить еще более высокие значения прочности при той же поверхности сдвига, выполнив соединение деталей вскос ("в ус") (см. рис.2.16, б).

Рис. 2.16. Примеры технологических соединений при склеивании

материалов:

а — нахлестанное; б — вскос (в "ус"); в — стыковое: 1 — слой клея;

2, 3 — жесткие материалы; 4 - промежуточный слой

Стыковое соединение со слоем клея и промежуточными слоями используют при склеивании жестких материалов, оно работает только на растяжение (рис. 2.16, в). Прочность его обычно колеблется от низких до средних значений, и ее легко

 

 

150

 

151

 

2.6. Формообразование давлением

рассчитать. Однако в реальных конструкциях такие соединения встречаются редко.

Соединение, работающее на раздир, представляет собой конструкцию, в которой напряжения концентрируются вдоль линии, по которой один склеиваемый материал отгибается от другого, в результате чего в материалах возникают неуравно­вешенные растягивающие напряжения (см. рис. 2.16, в). В таком соединении под нагрузкой оказывается только тот учас­ток клеевого шва, который находится в точке расслаивания, а остальные участки шва остаются ненагруженными до тех пор, пока до них не дойдет зона расслаивания.

5. Минимальный угол технологического уклона должен со­ставлять 2° (нулевой уклон — только в разъемных формах). Поднутрения не желательны, допускаются только в разъемных и резиновых формах.

6. Минимальную реальную толщину изделий при формова­нии ручной укладкой слоев следует задавать 0,8 мм, при на­пылении — 1,5 мм. Максимальная реальная толщина, в прин­ципе, не ограничивается, но с учетом отверждения должна составлять 8... 10 мм. Стандартная разнотолщинность: при фор­мовании ручной укладкой слоев — от +0,8 до —0,4 мм и при напылении — от +0,64 до —0,64 мм. Максимальное увеличение толщины не ограничивается.

влением

2.6. Формообразование да

 

1. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Пропитка под давлением

Сущность этого метода формования заключается в том, что связующее подают под давлением к нижнему отверстию формы и постепенно оно заполняет пространство между матрицей и пуансоном, вытесняя воздух из материала, уложенного на мат­рицу (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Схема пропитки пакета материала под давлением:

/ — пуансон; 2 — пакет материала; 3 — матрица; 4 ~ бачок со связующим;

5 — установка для подогрева органического теплоносителя; 6 - компрессор

 

 

Способность смолы растекаться в замкнутом объеме формы под действием давления используют для изготовления изделий с простой симметричной формой. Этот способ формообразо­вания позволяет получать конструкции с высокой точностью геометрических размеров, постоянной плотностью по объему материала стенки, при этом стенка драктически не будет иметь пустот или местных расслоений. Такие требования необходимо выполнять, например, при изготовлении различных типов об­текателей ЛА. В этой области метод и получил наиболее ши­рокое применение.

 

Способ изготовления форм для пропитки отличается от способа изготовления форм для контактного формования, он более трудоемкий, поскольку требуется обеспечить с высокой точностью зазор между матрицей и пуансоном, равный толщи­не стенки изделия. Поэтому для изготовления металлических и неметаллических форм, применяют модель из того же мате­риала и с такой же толщиной стенок, как и у изделия. Эту модель обычно формуют на гипсовой оправке, и она является точным объемным макетом поверхности изделия. Одновремен­но модель служит технологической оснасткой для изготовления нижней части формы (матрицы) и верхней части (пуансона).

 

 

152

 

153

 

2.6. Формообразование давлением

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

 

 

Толщины стенок матрицы и пуансона для конкретного изделия определяют экспериментальным путем.

Подготока поверхностей матрицы и пуансона заключается в нанесении антиадгезивных смазок или разделительных пле­нок так же, как и в случае контактного формования. Сухой армирующий материал выкладывают на матрицу до закрытия ее верхней частью формы и свинчивания.

Перед пропиткой материал, уложенный между позитивной и негативной формами, следует высушить. Для сушки через форму пропускают поток горячего воздуха, подаваемый от ка­лорифера. В некоторых случаях для малогабаритных изделий осуществляют "промывку" армирующего материала той же смолой, которая входит в состав связующего. Таким образом удаляют пузырьки воздуха из материала и тем самым устраняют опасность образования в изделии незаполненных смолой участ­ков. Однако для крупногабаритных изделий операция "про­мывки" экономически не выгодна.

Давление связующего в процессе пропитки, воздействуя на стенки матрицы и пуансона, расширяет зазор между ними и способствует равномерному заполнению связующим армирую­щего материала. Поэтому в данном случае небольшая нерав­номерность при укладке материала на матрицу не имеет суще­ственного значения. Скорость подъема связующего по форме ограничена условиями качественной пропитки. Если эту ско­рость превысить, то связующее зальет воздушные пузырьки до того, как они отделятся от волокна. Тогда пузырьки можно удалить только путем "промывки" новой порцией чистой смолы; такая промывка настолька длительна, что полностью обесценивает все другие преимущества процесса.

Для качественной пропитки следует регулировать и контро­лировать температуру, вязкость и скорость, с которой подни­мается связующее.

После того, как связующее появляется в выводных отверс­тиях в верхней части формы, подачу связующего прекращают, и с целью ускорения процесса отверждения форму начинают обогревать. В некоторых случаях пропитку материала осущест­вляют в уже разогретой форме, для чего используют соответ­ствующие обогревательные устройства. Иногда в качестве на­гревателя используют медную проволоку, обмотанную вокруг

 

формы. В ряде случаев отверждение изделий проводят в печах, в которые помещают форму. Параметры отверждения опреде­ляются типом применяемого связующего.

В том случае, когда требуется обеспечить высокую произ­водительность процесса, применяют короткие рубленые волок­на (50...70 мм), предварительно отформованные по форме из­делия. Однако в этом случае невозможно получить высоко­прочный материал.

Пропитка в вакууме

Процесс формования изделий пропиткой в вакууме (техно­логия подготовки формы, укладки материала заготовки) ана­логичен процессу формования пропиткой под давлением. Схема вакуумной пропитки показана на рис. 2.18.

-2

Рис. 2.18. Схема формования:

/ - связующее; 2 - запорное устройство; 3 - пуансон; 4 - смотровое стекло; 5 - вакуумная система; 6 - бачок для излишков связующего; 7 - заготовка; 8 - матрица; 9 - канал для прохождения связующего; 10 — эластичная прокладка

При использовании вакуума элементы формы должны быть достаточно жесткими для предотвращения сдавливания арми­рующего материала и нарушения свободного протекания смолы при возможном сплющивании матрицы или пуансона. Если

 

 

154

 

155

 

2.7. Формообразование прессованием в формах

материал *по форме расположен неравномерно, то через неко­торые уплотненные участки смола проходить не будет, и эти участки останутся непропитанными. По мере приближения смолы к верхнему выводному отверстию необходимо для обес­печения дальнейшего ее движения увеличивать вакуум.

2.7. Формообразование прессованием в формах

В общем случае метод формования изделий прессованием -это процесс, при котором материал в пресс-форме принимает заданную конфигурацию, определяемую матрицей и пуансо­ном, причем отверждение его происходит в форме.

В настоящее время около 50 % всех изделий из армирован­ных пластмасс получают этим методом. Его применяют в том случае, когда требуются высокая производительность, точность и воспроизводимость деталей. При этом достигается высокое качество изделий при минимальной стоимости. Но даже если объем производства невелик, например при получении деталей аэрокосмических аппаратов и других изделий с высокими экс­плуатационными свойствами, требования к точности и воспро­изводимости деталей заставляют использовать методы формо­вания в пресс-формах.

Для всех случаев формования используют пресс-формы. Форма или комплект формующих деталей обычно состоит из двух основных частей: матрицы и пуансона, причем одна из них входит в другую при смыкании формы с соблюдением заданного зазора между ними, равного толщине формуемой детали.

В зависимости от применяемого армирующего материала, конструкции формы, способа загрузки материала в форму раз­личают три основных метода формообразования изделий из ПКМ: прямое прессование; литьевое прессование; термоком­прессионное прессование. Особенности технологии изготовле­ния деталей этими методами описаны ниже.

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Прямое прессование

Этот метод прессования является одним из наиболее рас­пространенных в производстве изделий прессованием. Метод прямого прессования армированных композиций несуществен­но отличается от формования пластмасс. Главное различие заключается в природе самого материала, из которого прессу­ется деталь. Вместо свободно текущих смол или порошков на формование поступает липкая волокнистая масса, таблетиро-ванные ПКМ, пропитанные маты, ткани или предварительно отформованные заготовки из ПКМ либо премиксы.

Премикс — армированная волокном термореактивная ком­позиция, которая после получения не нуждается в дальнейшем отверждении и может быть отформована при приложении дав­ления, достаточного только для те­чения и уплотнения материала.

Для прессования изделий из ПКМ в большинстве случаев при­меняют гидравлические прессы, так как они обеспечивают постоянное давление на прессуемую деталь в те­чение всего времени прессования и, кроме того, они проще и надежней в эксплуатации, чем механические прессы. Гидравлические прессы приводятся в действие давлением жидкости (воды или масла), пода­ваемой насосом в цилиндр пресса.

Рис.2Л9. Схема устройства гид­равлического пресса нижнего давления: / — верхняя неподвижная плита (траверса); 2 — пуансон; 3 — на­правляющая колонна; 4 — мат­рица; 5 - нижняя подвижная плита (стол); 6 — станина; 7 -рабочий плунжер; 8 — гидравли­ческий цилиндр

Обычно используют гидравли­ческие прессы с одним рабочим цилиндром (с нижним или верх­ним расположением) или с двумя рабочими цилиндрами (вертикаль­ные и угловые).

На рис. 2.19 показана схема устройства гидравлического пресса с нижним расположением рабочего цилиндра.

Верхняя плита и станина прес­са, связанные между собой колон-

 

 

156

 

157

 

2.7. Формообразование прессованием в формах

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

 

 

нами, воспринимают усилие пресса, развиваемое плунжером рабочего цилиндра. Установленная на нижнюю подвижную плиту пресс-форма с загруженным в нее материалом при подъ­еме плунжера прижимается к верхней неподвижной плите, и материал в пресс-форме подвергается прессованию. При пре­кращении подачи воды в рабочий цилиндр и сообщении его со сливной магистралью плунжер пресса и подвижная плита силой своего веса вытесняют жидкость из рабочего цилиндра и опускаются.

Прессы с нижним давлением чаще всего используют для прессования изделий в съемных пресс-формах. Такие прессы иногда имеют промежуточные подвижные плиты, которые на­зывают этажными.

Для нагревания съемных пресс-форм на нижней подвижной плите и верхней неподвижной плите пресса закрепляют обо­гревательные плиты, изолированные с опорной поверхности теплоизоляционными прокладками. Промежуточные подвиж­ные плиты этажных прессов также имеют обогрев.

Прессы с верхним расположением рабочего цилиндра, т.е. прессы с верхним давлением (рис. 2.20), применяют главным образом для прямого прессования деталей из ПКМ в стацио­нарных пресс-формах. Отличие этих прессов от прессов с нижним рабочим давлением состоит в том, что они имеют вспомогательные цилиндры обратного хода (ретурные цилинд­ры) и цилиндр выталкивателя, закрепленные на нижней непо­движной плите. Ретурные цилиндры служат для подъема по­движных рабочих частей пресса — верхней подвижной плиты и плунжера. Цилиндр выталкивателя обеспечивает извлечение отпрессованных деталей из пресс-формы. Прессы с верхним расположением рабочего цилиндра, как правило, бывают толь­ко одноэтажные.

Основным элементом технологического оснащения процес­са прессования является пресс-форма, сложность и стоимость которой определяют качество и себестоимость изделий.

Пресс-формы в соответствии с методом прессования под­разделяют на пресс-формы для обычного прессования (ком­прессионные) и литьевые для литьевого прессования; согласно характеру эксплуатации — на съемные, полусъемные и стаци­онарные в зависимости от числа оформляющих гнезд (числа

 

одновременно прессуемых деталей) — на одногнездовые и многогнездовые.

В соответствии с принципом устройства оформляющего гнезда пресс-формы для прямого прессования подразделяют на открытые, полузакрытые и закрытые пресс-формы.

Рис. 2.20. Схема устройства гидрав­лического пресса с верхним располо­жением рабочего цилиндра: 1 - станина (нижняя подвижная плита или рабочий стол); 2 - колон­на; 3 — верхняя неподвижная плита (головка); 4 — рабочий цилиндр; 5-плунжер; 6 — верхняя подвижная плита; 7- упоры; 8 — пазы в верхней подвижной и нижней неподвижной плитах для закрепления пресс-формы; 9 — выталкиватель; 10 — ци­линдры обратного хода (ретурные цилиндры); // —опорные рамы; 12- цилиндр выталкивателя

Пресс-формы открытого типа (рис. 2.21). Такие пресс-формы не имеют загрузочной камеры, уплотнение прессуемого в них материала достигается за счет трения, которое возникает при вытекании материала из оформляющего гнезда через зазор между пуансоном и матрицей. Поэтому для прессования в открытой пресс-форме необходим значительный избыток ма­териала (до 10...15 %).

 

 

158

 

159

 

2.7. Формообразование прессованием в формах

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

 

 

Так как сопротивление вы­теканию материала постоянно

Рис. 2.21.Схема съемной пресс-формы открытого типа: / - пуансон; 2 - направляющая ко­лонна; 3 — ручки; 4 — матрица; 5 — выталкиватель; 6 — заготовка

изменяется по мере уменьше­ния зазора между пуансоном и матрицей и зависит от свойств материала, то применение от­крытых пресс-форм для прес­сования изделий из термореак­тивных пластических масс воз­можно только в случае прессо­вания несложных изделий с не­большой высотой вертикаль­ных стенок. Детали, отпрессованные в открытых пресс-формах, имеют низкую точность по высоте.

 

Рис. 2.22.Схема пресс-формы полузакрытого типа: а ~ с горизонтальной плоскостью разъема; б — с вертикальной плос­костью разъема; / — пуансон; 2 — матрица; 3 — вкладыш; 4 — обойма

 

Пресс-формы полузакрытого типа, или пресс-формы с пере­теканием (рис. 2.22). В них, как и в пресс-формах открытого типа, необходимое уплотнение достигается за счет трения, возникающего при вытекании материала из оформляющего гнезда. Однако зазор, через который вытекает материал, рег­ламентирован и остается практически постоянным в течение всего процесса формования. Такие пресс-формы обеспечивают большую степень уплотнения прессуемого материала, чем пресс-формы открытого типа, что позволяет оформлять в них сложные детали. В полузакрытых пресс-формах матрицы имеют

 

надпрессовочное пространство - загрузочную камеру, являю­щуюся продолжением оформляющего гнезда.

Загрузочная камера служит для того, чтобы поместить в нее навеску пресс-материала. Для прессования в полузакрытых пресс-формах необходим меньший избыток материала, чем при прессовании в открытых пресс-формах.

Полузакрытые пресс-формы применяют главным образом для прессования изделий из пластических масс.

 

Рис. 2.23. Схема пресс-формы закрытого типа; 1 — пуансон; 2 - матрица

Закрытые (поршневые) пресс-формы (рис. 2.23). Характерно, что во время прессования материал прак­тически не вытекает из оформляющего гнезда. Очертания пуансона таких пресс-форм в плане точно соответству­ют очертаниям изделия. Это услож­няет изготовление пресс-форм и обу­словливает их сравнительно низкую эксплуатационную стойкость. Одна­ко в таких пресс-формах достигается большее уплотнение ма­териала при постоянном давлении на него со стороны пуансона в течение всего времени прессования. При прессовании в закрытых пресс-формах необходимо точно выбрать навеску прессуемого материала. Для промышленного производства в основном применяют металлические пресс-формы, изготов­ленные из износостойкой закаленной стали типа 4X13, У8А, ХВГ, 12ХНЗА, У10А и других.

Качество поверхности пресс-форм для изготовления арми­рованных композиций необязательно должно быть высоким. Наличие наполнителей накладывает определенные ограниче­ния на шероховатость и глянец прессованного изделия неза­висимо от качества полированной поверхности формы. Тем не менее для защиты формы от коррозии, лучшего отделения готовых изделий, удаления следов инструментов от механичес­кой обработки ее поверхность желательно хромировать (тол­щина покрытия 10...25 мкм).

Для проведения опытных запрессовок или для прессования нескольких изделий возможно использование деревянных, пластмассовых или гипсовых форм. При небольших давлениях прессования формы можно изготавливать из цветных сплавов

 

 

160

 

11-243

 

161

 

2.7. Формообразование прессованием в формах

методом литья, но они имеют короткий срок службы, хотя и более дешевы, чем стальные.

Стадия извлечения изделий из формы является самой кри­тической в процессе формования. Для облегчения этой опера­ции, во-первых, необходимо на этапе разработки конструкции учитывать технологию ее изготовления, а во-вторых, применять антиадгезионные смазки или разделительные материалы, кото­рые препятствуют прилипанию изделия к поверхности формы.

Материалы, употребляемые в качестве антиадгезивов, можно подразделить на два типа:

пленочные материалы или растворы, образующие защитную пленку;

жидкие или твердые вещества, размягчающиеся при темпе­ратуре прессования и не образующие непрерывной пленки.

К первой группе относятся растворы поливинилового спир­та в воде, растворы альгината натрия, целлофан, лавсан, фто­ропласт и другие материалы. Во всех случаях пленка оказывает влияние на образование дефектов поверхности отформованно­го изделия.

Вторую группу составляют смазывающие пленки, более удобные для нанесения на оснастку: воск, парафин, кремний-органические смазки (типа К-21), нефтяные остатки и т.п.

При выборе антиадгезивов необходимо учитывать темпера­туру формования и воздействие их на связующее формуемого изделия.

Основными параметрами процессов прессования являются температура, давление, время.

Полуфабрикат в процессе формования необходимо нагре­вать до определенной температуры, чтобы придать ему требуе­мую пластичность, т.е. способность к формообразованию. Для термореактивных ПКМ нагревание необходимо также и для отверждения. Однако возможность повышения температуры формования всегда ограничена температурой деструкции и раз­ложением связующих. Нагрев и охлаждение крупногабаритных изделий осуществляется нагревателями, расположенными в пресс-формах. В других случаях нагревательные устройства могут быть расположены как в самих пресс-формах, так и вне — в верхней и нижней плитах пресса. Время отверждения изделий

162

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

должно быть всегда больше времени, необходимого для запол­нения материалом данной пресс-формы.

В процессе формования давление необходимо для уплотне­ния разогретого пластичного материала и придания ему кон­фигурации изделия. Давление на материал должно оказываться в течение всего времени, пока отформованное изделие не по­теряет пластичность и не станет твердым в результате нагрева (для термореактивных композиций) или в результате охлажде­ния (для композиций на основе термопластов).

Время процесса определяется скоростью разогрева материа­ла до пластического состояния и, главным образом, скоростью отверждения или скоростью охлаждения.

Указанные три основные параметра процесса формова­ния - температура, давление, время - взаимосвязаны. Изме­нение одного параметра влечет за собой изменение других. Например, повышение температуры формования термопластов улучшает их пластичность и, сле­довательно, уменьшает необходи­мое давление и длительность формования.

Основные параметры процесса определяют в каждом конкретном случае в зависимости от компо­нентов ПКМ, схемы армирования композита, геометрии и формы из­делия и отрабатывают опытным путем.

Рис. 2.24.Схема прямого прессо­вания: / - плиты обогрева; 2 - прессуе­мая деталь; 3 — матрица; 4 — вы­талкиватель; 5 — навеска полуфаб­риката; 6 — пуансон

Прямое прессование (рис. 2.24) заключается в том, что тот или иной прессовочный материал по­мещают в матрицу, нагретую до температуры формования, на ко­торый действует давление Р верхней половины пресс-формы — пуансона, нагретой до такой же температуры. Под воз­действием температуры материал приобретает необходимую плас­тичность и под давлением рас­пределяется по оформляющей

163

 

2.7. Формообразование прессованием в формах

полости, заполняя ее. Полное закрытие формы (замыкание) происходит в момент окончательного оформления детали. Замыкание пресс-формы осуществляется с малой скоростью, чтобы воздушные включения были вытеснены из полости. Отформованное изделие выдерживают в пресс-форме под давлением в течение некоторого времени, необходимого для охлаждения термопластичного композита или нагрева термо­реактивного материала, после чего пресс-форму открывают, и изделие извлекают с помощью выталкивателя с усилием р_в.

При неправильном выборе режимов прессования или нека­чественных материалах в изделиях могут появиться следующие дефекты: пузырьки воздуха вокруг выступающих участков на поверхности детали; места, содержащие недостаточное количест­во связующего из-за избытка армирующего наполнителя; рас­трескивание связующего и места, содержащие его избыток; ма­товая поверхность и пятна на изделии.

Каждый дефект имеет свои причины возникновения; реко­мендации по их устранению обычно отражают в таком доку­менте, как технологический регламент.

Рассмотрим особенности прямого прессования.

а. При оформлении детали можно запрессовать в нее раз­
нообразную арматуру (винты, гайки, стержни и т.п.), которая
будет прочно удерживаться в детали.

б. Прогревание материала происходит постепенно от сте­
нок нагретой пресс-формы вглубь, и, следовательно, в про­
цессе формования изделия различные слои материала могут
иметь разную температуру.

в. Разность температуры по толщине изделия приводит к
образованию внутренних напряжений и дефектов в результате
неравномерного протекания процесса отверждения или вулка­
низации.

г. Имеется опасность повреждения тонких и малопроч­
ных оформляющих элементов пресс-формы или впрессо­
вываемой в деталь арматуры, так как материал под давле­
нием начинает заполнять оформляющую полость еще до
того момента, когда он весь прогреется и приобретет до­
статочную пластичность. Для устранения этой опасности в
большинстве случаев программируют режим давления и
применяют несколько предварительных подпрессовок.

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Кроме того, с помощью подпрессовки удаляют летучие и пары Влаги за короткий промежуток времени начальной стадии от-перждения материала.

д. На отформованных изделиях всегда образуются заусенцы (грат) в плоскости разъема пресс-формы.

Методом прямого прессования можно изготавливать изде­лия из любых материалов, как термопластичных, так и термо­реактивных. Практически этот метод применяют главным об­разом для изготовления деталей из термореактивных КМ. Ис­пользование его для формования деталей из термопластов не­целесообразно, так как в этом случае необходимо попеременно нагревать и охлаждать пресс-форму в течение каждого цикла формования, а это в значительной степени увеличивает дли­тельность процесса.

Примерные режимы прямого прессования деталей, на ко­торые ориентируются при отработке процесса формования, приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5 Примерные режимы прямого прессования

Наименование материала	Температура, К	Удельное давление min/max, МПа	Время вьщержки, мин	Усадка, %
Термопластичные КМ Эластомеры Термореактивные КМ Премиксы	393-523 343-473 393-473 393-473	2/15 0,4/25 3,0/75 3,5-7,0	5-15 3-60 3-15 1-3	1-3 1-2 0,2-1,2 0,5-1,0

Различные методы пропитки армирующего материала и ре­жимы прессования позволяют получить содержание наполни­теля в композите от 20 до 50 %.

Литьевое прессование

Литьевое прессование заключается в том, что прессуемый материал загружают в загрузочную камеру предварительно зам­кнутой пресс-формы (рис. 2.25). Нагреваясь от стенок загру­зочной камеры и приобретая при этом необходимую пластич­ность, материал под давлением литьевого пуансона поступает через литниковый канал в оформляющую полость пресс-формы

 

 

164

 

165

 

2.7. Формообразование прессованием в формах

и заполняет ее. После выдержки, необходимой для затвердева­ния, пресс-форму раскрывают и извлекают готовое изделие вместе с литниковым остатком.

Рис. 2.25. Схема пресс-формы для литьевого прессования на прессах с одним рабочим цилиндром:

1 - коническая обойма матрицы; 2 - клиновая матрица; 3 - загру­зочная камера; 4- литьевой пуансон; 5 - отформованное изделие; 6- выталкиватель; 7 - литниковый канал

Особенности литьевого прессования состоят в следующем:

а) можно изготавливать детали с малопрочной или сквозной
арматурой и детали с глубокими отверстиями малого диаметра,
так как материал поступает в оформляющую полость пресс-
формы уже в пластичном состоянии и не в состоянии оказать
на оформляющие элементы пресс-формы и впрессовываемую
арматуру значительных сил деформации;

б) процесс формования материала протекает быстрее, чем
при обычном прессовании;

в) в деталях, полученных литьевым прессованием, не воз­
никают большие внутренние напряжения вследствие меньшего
перепада температур по толщине стенок детали;

г) на деталях, изготовленных литьевым прессованием, прак­
тически не остается фата, так как оформляющая полость
пресс-формы, образуемая пуансоном и матрицей, плотно за­
мыкается еще до заполнения ее материалом. Точность соблю­
дения размеров деталей при этом методе высокая, а механи-

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

ческая доработка деталей сводится только к отрезке литников и зачистке мест сраза;

д) при литьевом прессовании расходуется больше материа­
ла, чем при прямом прессовании, так как материал заполняет
литниковые каналы и в зафузочной камере запрессовывается
его остаток;

е) пресс-формы для литьевого прессования сложнее и до­
роже пресс-форм для прямого прессования.

Методом литьевого прессования можно изготавливать из­делия из резиновых смесей и порошкообразных пластических масс. Пластмассы с волокнистыми наполнителями теряют до 50 % своей прочности. Слоистые пластики перерабатывать ли­тьевым методом нельзя, так как материал не в состоянии пройти из загрузочной камеры пресс-формы в ее оформляю­щую полость через узкие литниковые каналы.

Пресс-формы для литьевого прессования отличаются от пресс-форм прямого прессования тем, что они имеют зафу-зочную камеру для прессуемого материала, отделенную от оформляющего гнезда и связанную с ним литниковыми кана­лами. Оформляющее гнездо литьевой пресс-формы перед прес­сованием закрывают, а материал в него поступает уже в плас­тичном состоянии из зафузочной камеры по литникам.

Существует два принципиально различных конструктивных варианта литьевых пресс-форм — литьевые пресс-формы для прессования на специальных прессах с двумя рабочими цилинд­рами (рис. 2.26) и литьевые пресс-формы для прессования на обычных прессах с одним рабочим цилиндром (см. рис. 2.25).

Для прессования детали в пресс-форме материал зафужают в загрузочную камеру, затем верхнюю половину пресс-формы опускают на нижнюю и удерживают под давлением плунжера верхнего рабочего цилиндра пресса, чтобы пресс-форма не раскрылась при заполнении материалом. Под действием дав­ления нижнего рабочего плунжера пресса поднимается литье­вой пуансон и выдавливает материал из загрузочной камеры по литникам в оформляющую полость. После окончания прес­сования пресс-форму открывают и изделия выталкивают до­полнительным ходом литьевого пуансона.