Свободное формование происходит без касания материала заго­товки с формующим инсгрументом Этот способ применяют в основ­ном для получения тары с самыми высокими оптическими свойства­ми. Свободное формование (без оформляющего инструмента) осу­ществляется в формах особого типа — проймообразных, снабжен­ных камерой и прижимной рамой (проймой).

Разогретый лист зажимают по контуру в прижимной раме пнев­матической камеры и подают сжатый воздух (рис. 5.7). Под действи­ем давления воздуха лист выдувается в виде пузыря. Величина раз­дува пузыря зависит от температуры листа и давления воздуха и мо­жет регулироваться. По достижении заданной высоты раздува в ка­мере автоматически поддержи вается необходимое давление возду­ха до полного остывания формуемого изделия.

Применение свободного формования основано на том явлении, ч го из равномерно разогретой заготовки образуется оптически пра­вильная сферическая поверхность. При этом необходим равномер — ный разогрев заготовки и точное регулирование давления воздуха

Конфигурация прижимной рамы может быть различной — круг­лой, овальной, прямоугольной. Форма полученных таким способом изделий определяется конфигурацией рамы, через которую проис­ходит выдувание, и высотой раздува листа. Деталью, влияющей на форму изделия, может быть установленная нал, формой специальная опорная площадка, создающая преграду раздуваемому изделию на заданной высоте. Проимообразные формы, снабженные таким до-

1 — пневматическая камера; 2 — зажим пройма; 3 — формуемый материал

Полнительным ус троигтв< >м, позволяют получать изделия типа полу­замкнутых чаш и колпаков. Для охаждения изделии вводятся раз­личные системы обдува воздухом

Тара, получаемая свободным формованием, отличается высоки­ми оптическими свойствами Объясняется это тем, что нагретый,ист не контактирует с формующим инструментом, и поэтому в нем не возникает ы [утренни х. нап] >яжений, связанных с большим темпера­турным перепадом при соприкосновении листа с рамой

Тару, получаемую свободным формованием, характеризует зна­чительная разница толщины стенок в различных местах сечения. Так, для тары из винипласта полусферической формы толщина стенок в центральной час ги составляет всего 30% от исходной толщин ы. шста (рис. 5.8).

Б

А — полусфера; б — изделие с глубокой вытяжкой

Свободным формованием часто производят тару типа «блистер». Такая тара может лишь приблизительно повторять ф< >рму упаковы­ваемо! о изд< ;лия, подчеркивая наиболее характерные его черты, ил и вообще не повторять его форму.

Для определения основных параметров процесса рассмотрим в качестве примера свободное пневмовакуумное формование находя­щегося в высокоолас тическом состоянии резиноподобного материа — ла в круглой пройме [69]. При этом глубину формования ограничим величиной радиуса проймы г0 (рис. 5.9) Допустим что реологическое поведение резиноподобного материала при деформации растяже­ния описывается уравнением

А = лтУ, (5.10)

Рис. 5 9 Расчетная схема свободной) термоформования

Где а—напряжение при растяжении заготовки: г) — вязкость мате­риала при растяже! (ии; у — скорость деформации при растяжении.

В области малых скоростей деформации выполняется соотноше­ние Трутона

Пт = 3И,

Где р — вязкость при сдвиговом течении

За скорость деформации заготовки при формовании J гринимаем изменение поверхности заготовки

1 dS

Т=—, (5 11)

Где S — свободная поверхность заготов ки; T — время деформирова­ния

Связь между напряжением в заготовке и величиной перепада давления р найдем по уравнению Лапаса.

°1 С2 Р

— + — = —. (5.12)

Я, Я2 б 1 ‘

Так как рассматривается формование в круглой пройме, то вслед­ствие сферической симметрии {R = R ) имеем

PR

(513)

Где й—толщина обол< >ч ки

Если пренебречь возможными утяжками материала из-под заж им — ного устройства, то для свободно формуемой поверхности выполня­ется условие

S63ar = V0 — const. (5.14)

Рассматривается деформация заготовки от плоского состояния до образования сферической поверхности при изотермических ус­ловиях, при этом радиус кривизны формуемого изделия будет изме­няться в пределах

Оо > > г0. (5.15)

Площадь поверхности от переменного радиуса кривизны выра­жается зависимостью

.9(Я) = 2пд(я-^2 + г02). (5.16)

Из (5.10) — (5.13) можно получить следующее дифференциальное ура внение:

R , ч _ DS 25 ^S D7

Оно с учетом (5.14) и (5.16) преобразуется к виду

R? R2 — г02. (5.18)

DR П p(t) Dt ~ ЗцУ0

Вполне допустимо предположить, что зависимостьперепада дав­ления имеет степенной характер

Р(0 = Р<Л (5.19)

А начальные условия для R

R(0)~ R(oo)>r0. (5 20) Тогда решение уравнения (5.18) имеет вид

1

( I—- Р

П ro ro L го arccos ——Jl — ^

2 R R R2

3(n + l)»iV0

Л+1

GnkoPo t =

(5.21)

При введении безразмерных переменных

2тггп2

(5.22)

(5.23)

T

T

(5/24)

271/оД,

{Y — безразмерная обратная величина радиуса кривизны; 5 — без­размерная свободная площадь поверхности формуемой заготовки;

T — безразмерное время деформирования; решение (5 .21) прини­мает вид

(5.25)

T =

—-агссояУ — У-Л^У7^’ 2

Эта занисимость при P{T) — представлена на рис. 5.10. Решая со­вместно (5.16) и (5.23), получим

— 1 — л/l — У

(5 26)

S———0< У <1.

По значению Yиз (5.23) и (5.26) можно определить переменное значение площади свободной поверхности 5, а из (5.14) — толщину формуемой заготовки

T

Уравнение (5 24) можно представить в виде выражения

= f3(n — t QSggrP ЩРо

Из которого видно, что время свободного формования тары прямо пропорционально толщине исходной заготовки и вязкости материа-

T

2,0 г

Рис.5 10. Зависимость J(V) при P{T) ~ р(

Ad заготовки и обратно пропорционально давлению при формова­нии и диаметру заготовки

Следует отметить! что практически формование заготовки никог­да не начинается с момента, когда R — оо. Это связано с тем, что заго­товка во время нагрева пр< >висает под действием силы тяжести. Для определения значения радиуса кривизны листа в момент начала формования T = 0 рассмотрим задачу о м алых смещениях заготовки из вязкоупругого материала, зак ренленнои по круговому контуру под действием какого-либо постоянного да вления. В нашем конкретном случае таким давлением будет величина рь, явля ющаяся функцией плотности и начальной толщииы заготовки

Пусть заготовка расположена в горизонтальной плоскости хоу. Заметим, что смещение и (х, у, f) точек заготовки перпендикулярно к плоскости хоу. Для малых поперечн ых смещений заготовки не про­исходит ее растяжение в плоскости хоу а натяжение заготовки из вязкоупругого материала будет заБИсеть только от времени T, т. е. натяжение Т(х, у, T) = TQ(T).

Уравнение движения заготовки с поверхностной плотностью [х, у) под действием давления р (Х, у, T), перпендикулярного плоскости заготовки, будет

Где Utt, И^ и^ — частные производные второго порядка функции щх, у, f) по переменным х, у, T.

Для медленных процессов, к как< >вым можно отнести провисание заготовки под действием силы тяжести, пренебрегая инерционным членом входящим в леную часть уравнения движения, получим урав­нение квазистатического равновесия мембраны:

+uyy)4 P(X,Y,T) = 0. (5,27)

‘ РЛ Р-

1 д

То (0

АР.

V

Это уравнение в полярны х координатах имеет вид

I д2и

+ p(u, p,0 = 0. (5.28)

Р <У

Так как р{и, р, T) = р. = const, то. учитывая что в этом случае сме­щение является функцией двух переменных р и T, перепишем урав­нение (5 28) в форме

(529)

РФ

Решение уравнения (5 29), удовлетворяющее условию u (г0, t) на границе мембраны, будет

В центре заготовки (при р0 = 0) прогиб, следовательно, будет равен

U(l,t) = pbrt/4T0(t).

Таким образом, максимально возможный радиус кривизны с уче­том провисания заготовки при нагреве будет равен

(5.31)

+

. а*2 л

D

~ 2

Рь 4T0(t)

На практике для регулирования глубины вытяжки используют два метода. Первый из них основан на установке фотоэлементов, настраиваемых на определенную глубину вытяжки материала и уп­равляющих к ла паном прекращающим подачу сжатого воздуха или дальнейшее создание разрежения При втором способе формуемая заготовка по дог гиженил определенной глубины вьггяжки нажима — ет на рычаг или скобу, обеспечивающие закрытие, воздушног о или вакуумного клапана

17ри использовании второго способа необходимо иметь в виду, что усилие, необходимое для поворота рычага или скобы, должно быть минимальным. Усилие поворота, отнесенное к поверхности кон­такта формуемой тары с рычагом или ск обой, не должно превышать 10% удельного давления формования. В противном случае поверх­ность тары может быть повреждена

Производство тары из полимерных пленок и листов

Особенности механических свойсть полимеров в высокоэластическом состоянии

Интервал температур, в котором можно наблюдать высокоэлас­тические свойства полимеров, равен разности температур (Т — Т) Для сетчатых полимеров верхним пределом эластических свойств является температура начала термического разложения Т, так как из-за межцепных химических связей полимер течь не может и при высоких температурах начинает разлагаться, деструктироваться, не переходя в текучее состояние Эластические свойства целесообразно рассмотреть на […]

Производство мягкой потребительской тары на фасовочно-упаковочных автоматах термоформовочного типа

Термоформовочные автоматы позволяют упаковывать любые виды продукции с использованием всех возможных методов ее по­дачи в отформованную часть тары. 11ижняятермоформованная часть из однослойного или многослойного полимерного материала являет­ся жесткой или полужесткой. Верхняя крышка отличается гибкос­тью, минимальной жесткостью. Она выполнена, как правило, из мно­гослойного материала, поэтому обладает хорошими барьерными свойствами, способностью к сварке ил и склеиванию, пригодна […]

Контакт но-тепловая сварка

Контактно-тепловую сварку нагретым ин< трументом осуществ­ляют с односторонним или л, вусторонним нагревом (рис. 4.41). Рис. 4.41. Схема контактно-тепловой сварки с од] юсторонним (а) и двусторонним (6) нагревом: 1 — нагретый инструмент; 2 — прокладки; 3 — свариваемые материалы; 4—холодный инструмент, мгн — температура нагретого инструмента; t2 — температура внешней поверхности изделия; Т —температура свариваемых поверхностей; […]