Введение
Производственный процесс формования и соединения полых пластиковых деталей
Выдувное формование – это производственный процесс для изготовления полых пластиковых изделий. Он также используется для изготовления стеклянных бутылок и других полых форм. В общем, существует три основных типа выдувного формования: экструзионное выдувное формование, литьевое выдувное формование и литьевое вытяжное выдувное формование. Процесс выдувного формования начинается с размягчения пластика путем нагрева заготовки или полуизделия (парисона). Парисон представляет собой трубчатую заготовку из пластика с отверстием на одном конце, через которое подается сжатый воздух. Затем пластиковая заготовка зажимается в форме, и в нее подается воздух. Давление воздуха раздувает пластик, который принимает форму пресс-формы. После охлаждения и затвердевания пластика пресс-форма открывается, и деталь извлекается. Водяные каналы внутри пресс-формы способствуют охлаждению.
История
Принцип процесса берет начало в технологии стеклодувания. В 1938 году Энох Фернгрен и Уильям Копитке создали машину для выдувного формования и продали ее компании Hartford Empire. Это стало началом коммерческого процесса выдувного формования. В 1940-х годах ассортимент и количество выпускаемой продукции оставались весьма ограниченными, поэтому выдувное формование получило широкое распространение лишь позднее. Как только разнообразие продукции и темпы производства возросли, количество производимых изделий также быстро увеличилось. Технические механизмы, необходимые для изготовления полых изделий методом выдувания, были разработаны очень рано. Поскольку стекло очень хрупкое, после появления пластика его стали использовать для замены стекла в некоторых случаях. Первое массовое производство пластиковых бутылок было осуществлено в Америке в 1939 году. Германия начала использовать эту технологию чуть позже, но в настоящее время является одним из ведущих производителей машин для выдувного формования. В индустрии безалкогольных напитков США количество пластиковых контейнеров выросло с нуля в 1977 году до десяти миллиардов штук в 1999 году. Сегодня выдувается еще большее количество изделий, и ожидается дальнейший рост. Недавно технология выдувного формования была успешно применена и для аморфных металлов, также известных как металлические стекла, при давлении и температуре, сопоставимых с выдувным формованием пластика.
Экструзионная формовка
При экструзионном выдувном формовании пластик расплавляется и экструдируется в полый трубчатый заготовку, формируя трубчатую деталь из пластика с отверстием на одном конце для сжатого газа, известную как паризон. Паризон захватывается путем закрытия его в охлаждаемую металлическую форму. В паризон подается воздух, который раздувает его до формы полой бутылки, контейнера или детали. После охлаждения пластика форму открывают и деталь извлекают. "Прямое экструзионное выдувное формование – это способ продвижения материала вперед, аналогичный литью под давлением, при котором архимедов винт вращается, подавая пластиковый материал в нагретую трубу. Как только пластик расплавится, винт перестает вращаться и линейно перемещается, чтобы выдавить расплав. При аккумуляторном методе аккумулятор собирает расплавленный пластик, и после того, как предыдущая форма остынет и накопится достаточное количество пластика, шток проталкивает расплавленный пластик, формируя паризон. В этом случае винт может вращаться непрерывно или периодически. При непрерывной экструзии вес паризона тянет его вниз, что затрудняет калибровку толщины стенки. Методы с аккумуляторной головкой или возвратно-поступательным винтом используют гидравлические системы для быстрого выдавливания паризона, уменьшая влияние веса и обеспечивая точный контроль толщины стенки путем регулировки зазора фильеры с помощью устройства программирования паризона. Оборудование для непрерывной экструзии включает роторные выдувные формовочные системы и шаттловые машины, в то время как оборудование для периодической экструзии включает возвратно-поступательные винтовые машины и машины с аккумуляторной головкой.
Обрезка спинна
Такие контейнеры, как банки, часто имеют излишки материала, образовавшиеся в процессе формования. Эти излишки удаляются путем вращения режущего инструмента вокруг контейнера, который отделяет лишний материал. Затем излишки пластика перерабатываются для производства новых изделий. Оборудование для спин-тримминга применяется для обработки различных материалов, таких как ПВХ, НДПЭ и ПЭ+ЛДПЭ. Различные типы материалов обладают разными физическими свойствами, влияющими на процесс обрезки. Например, изделия, изготовленные из аморфных материалов, значительно сложнее обрезать, чем изделия из кристаллических материалов. Для увеличения срока службы в 30 раз часто используются режущие инструменты с покрытием из нитрида титана вместо обычных стальных.
Формование впрыском
Процесс инжекционного выдувного формования (IBM) используется для производства полых стеклянных и пластиковых изделий в больших количествах. В процессе IBM полимер впрыскивается на оправку; затем оправка поворачивается к станции выдувного формования для раздувания и охлаждения. Это наименее распространенный из трех процессов выдувного формования, и обычно используется для изготовления небольших медицинских и бутылок для одноразового использования. Процесс разделен на три этапа: инжекция, выдувание и извлечение. Инжекционно-выдувная формовочная машина основана на экструдерном цилиндре и шнековом узле, которые расплавляют полимер. Расплавленный полимер подается в горячий распределитель, где он впрыскивается через сопла в нагретую форму и оправку. Форма создает внешнюю форму и фиксируется вокруг стержня, который формирует внутреннюю форму заготовки. Заготовка состоит из полностью сформированного горлышка бутылки/банки с прикрепленной толстой трубкой из полимера, которая формирует корпус – внешне напоминает пробирку с резьбовым горлышком. Форма заготовки открывается, и стержень поворачивается и фиксируется в полой охлаждаемой выдувной форме. Конец стержня открывается, позволяя сжатому воздуху попасть в заготовку, которая раздувается до формы готового изделия. После периода охлаждения выдувная форма открывается, и стержень поворачивается в положение извлечения. Готовое изделие снимается со стержня, и опционально может быть проверено на герметичность перед упаковкой. Форма заготовки и выдувная форма могут иметь множество полостей, обычно от трех до шестнадцати, в зависимости от размера изделия и требуемой производительности. Существует три комплекта стержней, что позволяет одновременно проводить инжекцию заготовки, выдувное формование и извлечение.
Впрыска втяжной формовой формы
Впрысковое растяжение выдувания имеет два основных различных метода: одноступенчатый и двухступенчатый процесс. Одноступенчатый процесс, в свою очередь, подразделяется на машины с 3 станциями и 4 станциями.
Одноступенчатые
В одноступенчатом процессе изготовление преформы и выдувание бутылок выполняются на одной машине. Более старый 4-станционный метод, включающий впрыск, перегрев, растяжение и выброс, обходится дороже, чем 3-станционный, который исключает этап перегрева и использует скрытую теплоту преформы, тем самым снижая затраты на энергию для перегрева и обеспечивая уменьшение количества оснастки на 25%. Объяснение процесса: представьте, что молекулы – это маленькие круглые шарики. Когда они находятся вместе, между ними большие воздушные зазоры и небольшая площадь контакта. Сначала молекулы растягиваются вертикально, а затем, при выдувании, – горизонтально. Такая двухосная растяжка придает молекулам форму креста. Эти "кресты" плотно прилегают друг к другу, оставляя мало пространства, поскольку увеличивается площадь контакта, что делает материал менее пористым и повышает барьерные свойства против проницаемости. Этот процесс также увеличивает прочность, делая материал идеальным для розлива газированных напитков.
Двухступенчатый
В двухстадийном процессе выдувного формования с предварительной формовкой пластик сначала формуется в "заготовку" с использованием литья под давлением. Эти заготовки изготавливаются с горлышками бутылок, включая резьбу ("венчик") на одном конце. Эти заготовки упаковываются и затем (после охлаждения) подаются в машину для выдувного формования с предварительным нагревом и растяжением. В процессе ISBM заготовки нагреваются (обычно инфракрасными нагревателями) выше температуры стеклования, а затем раздуваются с помощью воздуха под высоким давлением в бутылки, используя металлические выдувные формы. Заготовка всегда растягивается с помощью оправки в процессе формования.