[Lekcja techniczna] Dobór materiałów do formowania z rozdmuchem

Formowanie z rozdmuchem metodą pustą jest metodą formowania służącą do wytwarzania pustych wyrobów z tworzyw sztucznych. Czerpiąc z technologii rozdmuchiwania szklanych pojemników, w latach trzydziestych XX wieku rozwinęła się ona w technologię formowania z rozdmuchem tworzyw sztucznych. Formowanie z rozdmuchem metodą pustą to metoda formowania tworzyw sztucznych, w której wykorzystuje się ciśnienie gazu do nadmuchania gorącej preformy zamkniętej w formie w pusty produkt.

Matryce do formowania z rozdmuchem można ogólnie podzielić na dwie główne kategorie w zależności od procesu formowania preformy: matryce do wytłaczania z rozdmuchem i matryce do formowania wtryskowego z rozdmuchem. Można je również podzielić na dwie kategorie w zależności od różnych warunków rozciągania: zwykłe matryce do formowania z rozdmuchem i matryce do formowania z rozdmuchem przez rozciąganie.

Formowanie wytłaczane z rozdmuchem polega na topieniu i uplastycznianiu tworzyw termoplastycznych, wytłaczaniu preformy przez matrycę wytłaczarki, umieszczaniu preformy w formie, napełnianiu jej sprężonym powietrzem, a następnie chłodzeniu w celu uzyskania gotowego produktu. Formowanie wtryskowe z rozdmuchem wykorzystuje maszynę do formowania wtryskowego do wtryskiwania stopionego materiału do formy w celu przygotowania preformy, którą następnie umieszcza się w formie do formowania z rozdmuchem, gdy jest jeszcze gorąca, i nadmuchuje przez wprowadzenie powietrza. Formowanie z rozdmuchem polega na podgrzaniu preformy do odpowiedniej temperatury, umieszczeniu jej w formie, rozciągnięciu osiowym za pomocą pręta rozciągającego, a następnie rozciągnięciu bocznym powietrzem. Formowanie z rozdmuchem z rozciąganiem można dalej podzielić na procesy jednoetapowe (preforma na gorąco) i dwuetapowe (preforma na zimno), w zależności od metody przygotowania preformy.

Matryce do wytłaczania z rozdmuchem składają się głównie z dwóch żeńskich połówek formy, jak pokazano na poniższym rysunku. Ponieważ matryce do formowania z rozdmuchem pracują pod dużymi obciążeniami podczas produkcji masowej, potrzebne są wkładki w obszarach łatwo zużywających się i uszkodzonych, takich jak otwór formy, szyjka i krawędzie cięcia. Ułatwia to wymianę tych części, zapewnia trwałość formy, a także ułatwia wytwarzanie form i dostosowywanie wielkości wyrobów o skomplikowanym wyglądzie.

1. Tuleja ustna; 2. Wkładka na szyję; 3. Korpus butelki; 4. Odpowietrzanie korpusu butelki;

5. Wkładka dolna; 6. Dolna rynna przelewowa; 7. Układ chłodzenia.

(Główna struktura formowania z rozdmuchem)

1. Materiały ze stopów aluminium

Formy rozdmuchowe wykonane z aluminium są lekkie, charakteryzują się szybkim przenoszeniem ciepła, dobrą przewodnością cieplną, dobrą obrabialnością i niską gęstością. Jednak aluminium ma niską twardość, łatwo się zużywa, ma słabą spawalność po uszkodzeniu i jest stosunkowo drogie. Ponadto, w przypadku stosowania stopu aluminium do bezpośredniego tworzenia kanałów chłodzących, wymagania jakościowe dotyczące wody chłodzącej są wysokie, a wytrzymałość połączenia gwintowego jest stosunkowo słaba.

2. Konstrukcyjne materiały stalowe

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli produkty formowane z rozdmuchem są produkowane w dużych partiach i przy długim czasie produkcji, a także biorąc pod uwagę potrzebę dużej wytrzymałości i twardości wycięć formy, stal konstrukcyjna jest lepszym wyborem jako materiał na formy. Chociaż jego wydajność wymiany ciepła nie jest tak dobra jak w przypadku stopów aluminium i stopów berylu i miedzi, dobrze zaprojektowana struktura kanału chłodzącego może skutecznie poprawić przenoszenie ciepła.

(a) Stal niskowęglowa

Zastosowanie stali niskowęglowej do części wnękowej form oferuje wyjątkowe korzyści w zastosowaniach z ograniczonym sprzętem do wytwarzania form. Stal niskowęglowa charakteryzuje się dobrą spawalnością, co ułatwia procesy spawania. W przypadku dużych i bardzo dużych form do rozdmuchu z głębokimi i długimi kanałami chłodzącymi, które są trudne do obróbki metodami wiertniczymi, można zastosować stal niskowęglową do spawania warstwowego w celu utworzenia kanałów chłodzących, a nawet wnęki. Metoda ta jest wystarczająca w przypadku produktów o mniej rygorystycznych wymaganiach dotyczących dokładności. Formy rozdmuchowe wykonane ze stali niskowęglowej mogą być również poddawane obróbce powierzchniowej poprzez nawęglanie (azotowanie). W przypadku form ze stali niskowęglowej, które są używane od jakiegoś czasu, nawęglanie (azotowanie) może wydłużyć ich żywotność.

(b) Stal średniowęglowa lub stal stopowa średniowęglowa

Materiały te są zwykle używane bezpośrednio do formowania wnęk form, płyt podstawy formy i innych komponentów. W przypadku form do rozdmuchu, w których kanały chłodzące mogą być utworzone bezpośrednio metodami obróbki skrawaniem, do bezpośredniego wytwarzania odpowiednia jest stal średniowęglowa lub stal stopowa średniowęglowa.

(c) Stal wysokowęglowa lub stal stopowa wysokowęglowa

Stal wysokowęglowa lub stal stopowa wysokowęglowa jest powszechnie stosowana do produkcji części prowadzących i pozycjonujących do matryc do formowania z rozdmuchem, a także niektórych specjalnych części odpornych na zużycie.

3. Materiał ze stali nierdzewnej

Stal nierdzewna jest szeroko stosowana w formach do małych i średnich produktów formowanych z rozdmuchem, które wymagają wysokiej jakości powierzchni i są produkowane w dużych partiach. Formy ze stali nierdzewnej oferują wyjątkowe zalety w przypadku produktów wymagających wysokiej jakości powierzchni i dużych wielkości produkcji ze względu na ich dobrą stabilność wymiarową, wysokie wykończenie powierzchni i doskonałą odporność na korozję.

4. Materiały ze stopów berylu i miedzi

Stopy miedzi berylowej posiadają doskonałe wszechstronne właściwości, dzięki czemu są szczególnie odpowiednie do wytwarzania małych i średnich produktów formowanych z rozdmuchem oraz form rozdmuchowych do produkcji wielkoseryjnej. Obecnie stopy berylu i miedzi są szeroko stosowane w formach rozdmuchowych ze stopów aluminium do tworzenia wkładek do preform z dobrymi wynikami. Stopy berylowo-miedziowe zawierają zazwyczaj 2,75% berylu i 0,5% kobaltu, a pozostałą część stanowi głównie miedź. Zmiana zawartości berylu może spowodować zmianę wytrzymałości, twardości, przewodności cieplnej, odporności na korozję i odporności na zużycie. Jednakże stopy berylu i miedzi są stosunkowo drogie. Proszek miedzi berylowej jest szkodliwy dla zdrowia ludzkiego; dlatego podczas przetwarzania należy podjąć środki ochronne.

1. Wybierz materiały zgodnie z wielkością partii produktów formowanych z rozdmuchem.

W przypadku produktów wymagających wysokiej jakości powierzchni i dużych wielkości produkcyjnych, do produkcji form rozdmuchowych zaleca się wybór wysokiej jakości stali formierskiej.

W przypadku produktów o niskich wymaganiach dotyczących jakości powierzchni i dużej wielkości produkcji do wykonania form rozdmuchowych można zastosować zwykłą stal węglową.

Wymagania dotyczące jakości powierzchni produktu nie są wysokie, a wydajność nie jest duża, dlatego do wytwarzania form do rozdmuchu stosuje się ogólne materiały, takie jak stop aluminium i zwykła stal węglowa.

2. Wybierz materiały zgodnie z metodą obróbki formy.

Wnęka formy jest obrabiana metodami obróbki CNC i może być wykonana z wysokiej jakości stali węglowej lub innej stali formierskiej.

Forma jest wytwarzana metodą przetwarzania warstwowego i może być wykonana ze stali niskowęglowej.

Formę wykonuje się przez odlewanie i obróbkę skrawaniem, a do odlewania można zastosować stop aluminium.

3. Wybierz materiały zgodnie z elementami konstrukcyjnymi formy.

Gdy wymagania dotyczące wytrzymałości wnęki formy rozdmuchowej nie są wysokie, można wybrać stop aluminium. Jednakże, gdy wymagania dotyczące wytrzymałości wyciętych z formy i części gwintowanych są wysokie, do wykonania wkładek można zastosować stop berylowo-miedziowy, wysokiej jakości stal węglową i inne wysokiej jakości materiały stalowe.

Gdy elementy odpowietrzające i wkładki formy wymagają dużej precyzji i jakości powierzchni, można wybrać wysokiej jakości materiały formy, takie jak stop berylu i miedzi oraz stal nierdzewna.

Części prowadzące i pozycjonujące formy mają wysokie wymagania dotyczące wytrzymałości i odporności na zużycie i mogą być wykonane z materiałów takich jak stal wysokowęglowa o dużej twardości.

Istotna jest także obróbka cieplna form do rozdmuchu. W przypadku form do rozdmuchu wykonanych ze stali, odpuszczanie należy zazwyczaj przeprowadzać po obróbce zgrubnej, aby zmniejszyć odkształcenie. Po odpuszczeniu formę należy pozostawić na 24–48 godzin przed wykończeniem. W przypadku krawędzi ciętych można zastosować miejscowe hartowanie w celu zwiększenia ich twardości.

Części takie jak prowadnice i elementy pozycjonujące form mogą być utwardzane. Niektóre formy wykonane metodami odlewania stopów aluminium powinny zostać poddane pewnej obróbce starzenia, aby przedłużyć ich żywotność.

W przypadku form rozdmuchowych, które wymagają długiej żywotności i wytwarzają duże partie produktów, po pomyślnym zakończeniu próbnego formowania można wykonać drugi zabieg azotowania, aby zapewnić ich trwałość.