Termoformowanie – widowiskowa technologia

© www.cygnus.pl

Udostępnij:

Termoformowanie i wtryskiwanie to dwie konkurujące, a jednocześnie uzupełniające się technologie przetwórstwa tworzyw sztucznych. Obie interesujące, jednak bardzo różne. Pierwsza i podstawowa różnica między nimi to stan skupienia tworzywa, jakie podlega przetwarzaniu. W technologii wtryskiwania produkowany wyrób uzyskuje kształt z płynnej postaci tworzywa. W technologii termoformowania wyrób, będący powłoką rozbudowaną w przestrzeni, powstaje przez przekształcenie półwyrobu w kształcie prostej powłoki. Pod tym względem ta technologia przypomina tłoczenie blach.

Półwyrobami w termoformowaniu są produkty wytłaczania, takie jak: płyty, folie czy rękawy oraz produkty wtryskiwania występujące pod nazwą preformy. Wybór odpowiedniego półwyrobu zależy głównie od tego, co ma być końcowym produktem oraz do czego ma być on przeznaczony. Ze względu na definicję termoformowania zalicza się do niego takie technologie, jak: gięcie, wgłębianie, formowanie próżniowe, formowanie nadciśnieniem i rozdmuch. Przyjęło się jednak, by odnosić pojęcie termoformowania głównie do formowania z płyt i folii płaskich, dlatego w tym tekście ograniczę się do poruszenia właśnie tych zagadnień.



Termoformowanie stosowane jest do przetwarzania głównie tworzyw termoplastycznych. Związane jest to z koniecznością wprowadzenia tworzywa w stan pozwalający na łatwe jego kształtowanie. Taki stan tworzywa termoplastyczne osiągają po podgrzaniu powyżej temperatury zeszklenia (ilustracja 1). Stan ten nazywany jest stanem wysokiej elastyczności. Charakteryzuje się stosunkowo niskimi wartościami modułu sprężystości oraz dużą odkształcalnością. Te własności pozwalają na kształtowanie półwyrobu przy zastosowaniu niewielkich naprężeń.

Bez ochładzania kształtki
Można wtedy dosyć mocno odkształcać tworzywo bez obawy, że zostanie zerwana jego spójność wewnętrzna. Termoformowalność lub inaczej okno przetwórcze termoformowania dla termoplastów amorficznych obejmuje przedział wysokiej elastyczności w dużym jego zakresie, a dla termoplastów semikrystalicznych znajduje się tuż przed osiągnięciem przez tworzywo temperatury przejścia w stan plastyczno-płynny. Odkształcenia wywołane w temperaturze wysokiej elastyczności są odkształceniami głównie sprężystymi. Dlatego też zadany kształt może być zachowany przez ochłodzenie kształtki do temperatury użytkowania. Do wytwarzania kształtek technicznych w technologii termoformowania używa się półwyrobów z poliwęglanu (PC), polimetakrylanu metylu (PMMA), poliamidu (PA) i kopolimeru akrylonitrylo-butadieno-styrenowego (ABS). Na wyroby techniczne przetwarza się także półwyroby wykonane z tworzyw wzmocnionych wypełniaczami włóknistymi. W przemyśle motoryzacyjnym zastosowanie mają także kształtki termoformowane z termoplastycznych poliolefin i elastomerów. Do produkcji opakowań używa się często takich tworzyw, jak: poli(tereftalan etylenu) (PET), polistyren (PS), polipropylen (PP), polichlorek winylu (PVC) i polietylen (PE).



Termoformierki
Przy formowaniu z płyt i folii wykorzystuje się charakterystyczne maszyny zwane termoformierkami. Najczęściej są to tzw. próżniówki. Niektórzy producenci tych maszyn specjalizują się w maszynach jednostacyjnych, w których półwyrób nie zmienia swojego miejsca podczas grzania i formowania. Inni dostarczają maszyny dwustacyjne, gdzie w jednym miejscu półwyrób jest nagrzewany, a w innym formowany. W Europie, w budowie termoformierek do wytwarzania kształtek technicznych, liczą się dwaj producenci – ILLIG Maschinenbau GmbH & Co. KG i Geiss AG, przy czym pierwszy specjalizuje się w maszynach dwustacyjnych, a drugi jednostacyjnych. Należy zauważyć, że w ostatnich latach polscy producenci termoformierek zrobili kolosalne postępy, aby dorównać najlepszym. Mam tu na myśli szczególnie firmy: TOOLS FACTORY sp.j. i INFRAFORM – Polska. Niezależnie od tego, ilu stacyjna jest termoformierka, powinna ona posiadać zespół grzania. Grzanie półwyrobu następuje poprzez promieniowanie. Wykorzystywane są do tego celu grzałki ceramiczne, kwarcowe i halogenowe (wymienione tu w kolejności wzrastającej ich wartości technologicznej i ceny). W zależności od grubości formowanego półwyrobu stosuje się tylko grzanie górne lub grzanie dwustronne. Jeżeli formierka grzeje dwustronnie, to powinna posiadać system pneumatycznego podtrzymania półwyrobu – tak, by ten nie opadał pod działaniem przyciągania ziemskiego.

Stacja formowania składa się z ramek zaciskowych: dolnej i górnej oraz stołu dolnego podnoszonego. Termoformierki wyższej klasy posiadają także dodatkowy stół górny. Nadawanie kształtu nagrzanej płycie lub folii odbywa się przez mechaniczne oddziaływanie na nie wzornika (narzędzia w formowaniu próżniowym) i/lub dociskanie jej do wzornika przez słup powietrza atmosferycznego nad półwyrobem. Jest to możliwe przez odpompowanie powietrza spod płyty. Powietrze powinno być usunięte możliwie tak szybko, by półwyrób nie uległ nadmiernemu ochłodzeniu. Ze względu na to, że krawędzie półwyrobu są zamocowane sztywno pomiędzy ramką dolną a górną, podczas formowania na wzorniku półwyrób w wyniku zwiększenia powierzchni zmniejsza swą grubość. Przy czym pocienienie nie jest równomierne na całej powierzchni wyrobu. Zawsze występują obszary o zróżnicowanej grubości ścianki. Poza tym nie ma metod, które ze stuprocentową pewnością pozwalają przewidzieć rozkład jej grubości. Istnieją natomiast ogólne zalecenia dotyczące takiego prowadzenia procesu termoformowania, by rozkład grubości był jak najmniej zróżnicowany.

Jak już wspomniałem powyżej, narzędzie do termoformowania próżniowego nosi nazwę wzornika i jest narzędziem jednostronnym. To powoduje, że proces formowania, w odróżnieniu od technologii wtryskiwania czy rozdmuchu, może być obserwowany. Sprawia to, że technologia termoformowania próżniowego należy do najbardziej widowiskowych technologii. Wzorniki dla kreślonego kształtu mogą być wykonywane jako pozytywowe (wypukłe) i negatywowe (wklęsłe). Decyzja o tym, czy zastosować wzornik pozytywowy czy negatywowy, zależy od kilku czynników:

  • zakładanego rozrzutu grubości ścianki,
  • rozstrzygnięcia, która strona wyrobu ma być widoczna (prawa), czy strona od wzornika czy strona swobodna,
  • struktury powierzchni, jaką powinna posiadać prawa strona kształtki,
  • założonych tolerancji wymiarów produkowanej kształtki.

 

Ze względu na to, że naprężenia podczas formowania próżniowego nie są duże, wzorniki nie są narażone na duże obciążenie. Dlatego materiały stosowane na wzorniki mogą być bardzo różne i zależą głównie od przewidywanej liczby kształtek, jaka ma być z ich udziałem wykonana. Przy niedużych seriach można je wykonywać z materiałów drewnopochodnych lub żywic polimerowych. Przy seriach dużych wykonuje się je ze stopów aluminium, rzadko ze stali.

Pomimo tego że wykonanie stosunkowo precyzyjnych wyrobów w technologii formowania próżniowego nie jest łatwe, to dzięki swoim zaletom odgrywa ono poważną rolę w przetwórstwie tworzyw. Do zalet formowania próżniowego możemy zaliczyć:

  • małe nakłady inwestycyjne w przeliczeniu na jedną sztukę wyrobu lub jej ciężar,
  • tanie narzędzia, co zmniejsza ryzyko uruchomienia nowej produkcji,
  • możliwość szybkiego wykonywania prototypów i małych serii z różnych tworzyw,
  • rentowność produkcji także w przypadku małych serii,
  • możliwość otrzymania wyrobów o dużej powierzchni, cienkich i bardzo cienkich,
  • krótki cykl wytwarzania, duża wydajność (oczywiście nie taka, jak w technologii wtryskiwania),
  • możliwość zastosowaniu form wielokrotnych, pozwalających wytworzyć wiele wyrobów w jednym cyklu,
  • duży wybór materiałów wyjściowych.

 

Formowanie próżniowe ma oczywiście swoje ograniczenia. Można nazwać to wadami technologii i wymienić je w kilku punktach:

  • wysoka cena folii i płyt, jest ona przeciętnie o 100% wyższa od ceny tworzyw wtryskowych w przeliczeniu na jednostkę masy,
  • duża ilość odpadów powstających przy przycinaniu płyt i oddzielaniu kształtek od arkusza,
  • tendencja do tworzenia się pofałdowań w określonych miejscach,
  • zaprojektowane w kształtce otwory wykonuje się w osobnej operacji,
  • proces nie zapewnia jednolitej grubości ścianek wyrobu, istnieje niebezpieczeństwo nadmiernego ich pocienienia przy formowaniu negatywowym,
  • kształtki wymagają najczęściej dalszej obróbki, np. wykrawania, obcinania, wiercenia, polerowania itp.,
  • brak możliwości wykonania detali precyzyjnych i o bardzo skomplikowanych kształtach.

 

Termoformowanie to proces bardzo efektowny, ale jednocześnie trudny. Do osiągnięcia sukcesu konieczne jest doświadczenie zawodowe. Nie bez znaczenia jest także koszt materiału wyjściowego. Przetwórca korzystający z technologii wtryskiwania może wykonać kilkanaście czy kilkadziesiąt wtrysków próbnych zanim ustali optymalne parametry procesu. Przy produkcji skorupy wanny, uwzględniając, że za jedną płytę o wymiarach 2000 × 300 × 0,5 cm zapłacić trzeba od 200-300 zł, nie można sobie na to pozwolić. Mimo to nadal nie istnieje kierunek kształcenia „termoformowanie”. Pracujący w tej branży mają także utrudniony dostęp do wiedzy teoretycznej i do wyników badań materiałowych.

 

Udostępnij:

Drukuj



MM Magazyn Przemysłowy Online

MM Magazyn Przemysłowy jest tytułem branżowym typu business to business, w którym poruszana jest tematyka z różnych najważniejszych sektorów przemysłowych. Redakcja online MM Magazynu Przemysłowego  przygotowuje i publikuje na stronie artykuły techniczne, nowości produktowe oraz inne ciekawe informacje ze świata przemysłu i nie tylko.




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również