Устройство для вакуумной формовки и способ его изготовления

Изобретение относится к производству изделий из пластических масс методом вакуумной формовки. Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости изготовления изделий из стеклопластика, повышение точности их изготовления и сокращение расхода материалов за счет уменьшения количества отходов. Технический результат достигается устройством для вакуумной формовки, содержащим систему подачи текучего материала, пресс-форму, систему откачки воздуха и уплотнительные элементы. При этом уплотнительные элементы выполнены в виде прокладок из материала на основе двухкомпонентной полиуретановой системы, сохраняющего эластичность после полимеризации. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретения относятся к производству изделий из пластических масс методом вакуумной формовки.

Известен станок для формовки [1], содержащий направляющее основание, формообразующий элемент, нагреватель формуемого участка термопластичной пленки, прижимную раму для фиксации формуемого участка пленки, вакуумную систему для обтяжки термопластичной пленкой формообразующего элемента. Станок содержит средства для термоформовки изделий из рулонной термопластичной пленки.

Конструкция данного станка обеспечивает изготовление пластмассовых изделий с использованием вакуумной системы. Оборудование применяется для термоформовки и не может быть использовано в других случаях, в частности при изготовлении изделий из стеклопластика.

Известны также устройство и способ нанесения покрытия на изделие [2]. Устройство содержит систему подачи материала с загрузочной камерой и систему откачки воздуха с каналами вакуумирования. Внутрь трубы, на которую наносится покрытие, вставлена заглушка, содержащая перекрывающую втулку со штуцером, к которому присоединен трубопровод откачки воздуха, соединяющий заполняемую полость с компрессором. Устройство содержит в системе откачки воздуха участок визуального наблюдения в виде трубки из прозрачного материала. Способ нанесения покрытия на изделие включает операции вакуумной формовки материала покрытия в заливаемых полостях изделия путем запрессовки материала покрытия и откачки воздуха из заполняемой полости.

Данные устройство и способ нанесения покрытия обеспечивают качественную защитную облицовку внутренней поверхности трубы. Покрытие должно обладать хорошими адгезионными свойствами, однако к форме и точности размеров покрытия высоких требований не предъявляется.

Задача заявляемого изобретения состоит в создании эффективного оборудования для изготовления изделий из стеклопластика.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в снижении трудоемкости изготовления изделий из стеклопластика, повышении точности их изготовления и сокращении расхода материалов за счет уменьшения количества отходов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Устройство для вакуумной формовки содержит систему подачи текучего материала, пресс-форму, систему откачки воздуха и уплотнительные элементы.

Новое заключается в том, что уплотнительные элементы выполнены в виде прокладок из материала на основе двухкомпонентной полиуретановой системы, полимеризующегося при нормальных условиях и сохраняющего эластичность после полимеризации. Сопрягаемые поверхности наружной прокладки и фланца матрицы, расположенные у внешней кромки фланца, выполнены со округлением и конусностью, обеспечивающими центрирование пуансона относительно матрицы.

Способ изготовления устройства включает установку уплотнительных элементов между фланцами пуансона и матрицы.

Новое заключается в том, что на отформованную поверхность матрицы наносят слой пластичного материала, преимущественно пластилина или воска, в форме модели изделия, предназначенного к изготовлению. На фланец матрицы наносят слой пластичного материала в форме вакуумирующего канала, по краям которого формируют прокладки из материала на основе двухкомпонентной полиуретановой системы, полимеризующегося при нормальных условиях и сохраняющего эластичность после полимеризации. Сверху полученной системы наносят композитный материал из разряда стеклопластиков, из которого формуется пуансон. После отверждения материала пуансон снимают вместе с прокладками и удаляют пластичный материал. У внутренней кромки фланцев пуансона и матрицы устанавливают мерные калибры, обеспечивающие создание калиброванного щелевого отверстия по контуру стыка.

На чертеже представлено заявляемое устройство в разрезе.

На основании 1 закреплена матрица 2. Сверху устанавливается пуансон 3. Матрица выполнена с фланцем 4, а пуансон - с фланцем 5. Между торцовыми поверхностями фланцев установлены кольцевые уплотнительные прокладки - наружная 6 и внутренняя 7. Между прокладками образован канал вакуумирования 8, а в фланце 5 установлен патрубок 9, соединяющий канал 8 с системой откачки воздуха. В средней части пуансона установлен патрубок 10, соединяющий рабочую полость 11 (полость формовки изделия) с системой откачки воздуха. У внутренней кромки фланцев выполнен канал подачи материала 12, соединенный патрубком 13 с емкостью, содержащей текучий материал для формовки изделия. Для выталкивания готового изделия из матрицы в ее нижней части установлен патрубок 14 для подачи сжатого воздуха. У внешней кромки фланца матрицы выполнен криволинейный в поперечном сечении участок 15, где сопрягаемые поверхности прокладки 6 и фланца 4 выполнены со скруглением и конусностью, обеспечивающими центрирование пуансона относительно матрицы. Между рабочей полостью 11 и каналом подачи материала 12 выполнено калиброванное щелевое отверстие 16. Стрелками А, В, С и D показаны направления движения среды через соответствующие патрубки.

Пример осуществления способа изготовления заявленного устройства.

Сначала квалифицированный модельщик изготовляет матрицу, которую закрепляют на устойчивом основании. На матрицу наносят слой пластичного материала, в качестве которого используют пластилин или калиброванный воск. В местах, где необходимо соблюдать заданную толщину, удобно использовать калиброванный воск. В нашем случае воск применен при формировании объема, соответствующего рабочей полости 11 и вакуумирующего канала 8. Канал подачи материала 12 формуется из пластилина, т.к. имеет нестандартное сечение. В зоне щелевого отверстия 16 устанавливают мерные калибры в виде пластинок необходимой толщины.

Одновременно изготовляют уплотнительные элементы в виде прокладок из материала на основе двухкомпонентной полиуретановой системы, полимеризующегося при нормальных условиях и сохраняющего эластичность после полимеризации. У внешней кромки изготовляют наружную прокладку 6, нанося на фланец по периметру валик с формой сечения, близкой к прямоугольной. На кромке фланца выполнено скругление с конусностью 15, соответствующую форму приобретает прокладка. Вторая прокладка 7 изготовляется у внутренней кромки фланца. Она имеет грибовидную форму сечения с обращенной к поверхности фланца шляпкой. Между прокладками и поверхностью фланца 4 наносится разделительный слой, препятствующий их склеиванию.

На следующем этапе происходит изготовление пуансона 3 из стеклопластика. Для этого на слой пластичного материала и прокладки, размещенные, как выше описано, на матрице, наносят известными способами смолу и армирующую стеклоткань. В предусмотренных местах устанавливают патрубки 9, 10, 13 и 14. После отверждения материала получается с высокой точностью изготовленный пуансон, при этом прокладки 6 и 7 прочно с ним склеиваются. Пуансон 3 снимается с матрицы (вместе с прокладками 6 и 7), с матрицы тщательно удаляются воск и пластилин.

Таким образом мы получаем готовую пресс-форму, состоящую из матрицы 2 и пуансона 3 (см. прилагаемое фото). Закрепленные на пуансоне прокладки 6 и 7 после полимеризации материала, из которого они изготовлены, надежно уплотняют стык фланцев при последующих многократных формовках изделий.

Устройство работает следующим образом.

Перед установкой пуансона 3 закладывают армирующий материал (стеклоткань) в матрицу 2, размещая в рабочей полости 11, в виде куска полотна, вырезанного с высокой точностью по шаблону. Затем устанавливают пуансон 3, который точно центрируется относительно матрицы 2 благодаря сопрягаемым криволинейным поверхностям на участке 15. После этого откачивают воздух через патрубок 9 (по стрелке А), создавая разрежение в вакуумирующем канале 8. За счет разности давлений фланцы 4 и 5 плотно прижимаются друг к другу. В вакуумирующем канале 8 создается давление около 0,9 бар (675 мм рт.ст.), в результате чего фланцы прижимаются под давлением 400÷450 кГс/м².

Далее происходит процесс непосредственно формовки изделия. Через патрубок 13 (по стрелке С) открывают доступ в пресс-форму текучего компонента (смолы с отвердителем) композитного материала. Включают откачку воздуха через патрубок 10 (по стрелке В). Давление в вакуумируемой полости поддерживается в пределах 0,5-0,6 бар (375÷450 мм рт.ст.). Поскольку сечение канала 12 значительно превышает сечение щелевого отверстия 16, под действием разрежения в замкнутом пространстве пресс-формы происходит быстрое заполнение канала 12 смолой. После заполнения канала 12 материал начинает поступать в рабочую полость 11 через щелевое отверстие 16. Заполнение полости 11 происходит равномерно по контуру от периферии к центру, что объясняется подобранным оптимальным размером проходного сечения щелевого отверстия 16. Заполнение полости 11 контролируется визуально, на выходе из патрубка 10 вмонтирована прозрачная трубка, в которой появляется излишек материала. После заполнения полости 11 в течение определенного периода времени происходит отверждение материала, а затем изделие извлекают из пресс-формы. Сначала снимают пуансон 3, потом для выталкивания изделия из матрицы 2 подают под давлением 3,0÷4,0 бар сжатый воздух через патрубок 14 (по стрелке D).

По сравнению с ручным нанесением материала на открытую матрицу процесс вакуумного формования в закрытой форме значительно производительнее. Снижается также расход материала, т.к. осуществляется дозированная подача материала и уменьшается облой. Уменьшается трудоемкость доработки изделия после формовки. Изделия не требуют покраски, т.к. окрашивающий гелькоут наносится на рабочие поверхности пресс-формы перед формовкой и после изготовления изделие сразу имеет высококачественный товарный внешний вид.

Использование материала на основе двухкомпонентной полиуретановой системы, полимеризующегося при нормальных условиях и сохраняющего эластичность после полимеризации, для изготовления уплотнительных прокладок позволяет изготовлять из стеклопластика изделия сложной конфигурации. Изделия со ступенчатой формой кромок требуют соответствующей пресс-формы, у которой линия разъема (и, соответственно, стык фланцев) также будет ступенчатой. Уплотнение фланцев со ступенчатым контуром (например, как на представленном в заявке чертеже) невозможно осуществить с помощью известных уплотнительных средств [3] в виде эластичных резиновых стержней с трубчатым сечением или сечением «ласточкин хвост». В местах перегиба таких стержней их сечение деформируется, в результате чего не происходит плотного прилегания к уплотняемым поверхностям фланцев.

Прокладкам из материала на основе двухкомпонентной полиуретановой системы можно придать любую форму, в том числе легко компенсируется разность сечений прокладки в зонах перегиба уплотняемых фланцев. К примеру, можно привести в качестве материала для таких прокладок двухкомпонентную полиуретановую систему DBS (DIAB Bagging System), производимую шведской фирмой DIAB [4]. С использованием данного материала были изготовлены уплотняющие прокладки для заявляемого устройства. Система DBS была разработана как весьма экономичный метод производства многократно используемых, предварительно сформированных, эластичных полиуретановых мешков, предназначенных для инфузионного формования.

Как можно увидеть из приведенной ниже таблицы, линейка продукции DBS характеризуется широким диапазоном показателей, что позволяет подобрать самый подходящий материал для определенного применения.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Материал	DBS-LV	DBS-MV	DBS-HV	DBS-SPRAY
Вязкость в смешанном состоянии	900 мПуаз	Тиксотропный	Паста	1000 мПуаз
Прочность на растяжение (МПа)	1,8	4,3	2,1	1,8
Удлинение при разрыве (%)	250	650	220	250
100% Модуль (МПа)	0,81	0,85	1,15	0,85
200% Модуль (МПа)	1,46	1,4	1,88	1,43
Твердость (по Шору, А)	45	50	55	48
Время волокна (мин)	19	12	16	3

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение №2248276.

2. Патент РФ на изобретение №2206412 - прототип

3. Журнал «Композитный мир», 2 выпуск, с.8, www.composite.su.

4. Инструкция по применению двухкомпонентной полиуретановой системы DBS - www.nestcom.ru/files/instrukciyaDBS.doc.

1. Устройство для вакуумной формовки, содержащее систему подачи текучего материала, пресс-форму, систему откачки воздуха и уплотнительные элементы, отличающееся тем, что уплотнительные элементы выполнены в виде прокладок из материала на основе двухкомпонентной полиуретановой системы, сохраняющего эластичность после полимеризации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сопрягаемые поверхности наружной прокладки и фланца матрицы, расположенные у внешней кромки фланца, выполнены со округлением и конусностью, обеспечивающими центрирование пуансона относительно матрицы.

3. Способ изготовления устройства по п.1, включающий установку уплотнительных элементов между фланцами пуансона и матрицы, отличающийся тем, что на отформованную поверхность матрицы наносят слой пластичного материала, преимущественно пластилина или воска, в форме модели изделия, предназначенного к изготовлению, а на фланец матрицы наносят слой пластичного материала в форме вакууммирующего канала, по краям которого формируют прокладки из материала на основе двухкомпонентной полиуретановой системы, сохраняющего эластичность после полимеризации, затем сверху системы наносят композитный материал из разряда стеклопластиков, из которого формуется пуансон, после отверждения материала пуансона его снимают вместе с прокладками и удаляют пластичный материал.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что у внутренней кромки фланцев пуансона и матрицы устанавливают мерные калибры, обеспечивающие создание калиброванного щелевого отверстия по контуру стыка.