4.2.5 Получение изделий формованием
Методом формования получают узлы и детали разнообразного назначения, формы и размеров, обладающие высокой механической прочностью и жесткостью. В качестве наполнителя обычно используются текстильные материалы из различных волокон и различного плетения, а также маты и ровинги из волокон.
Различают методы контактного формования, пневматического и вакуумного формования эластичным пуансоном и компрессионного прессования между матрицей и пуансоном.
При контактном формовании используется одна (негативная или позитивная) открытая форма без применения давления. Метод обеспечивает чистоту и точные размеры только той поверхности изделия, которая непосредственно контактирует с формой в процессе формования. Контактное формование является трудоемким и непроизводительным процессом и применяется главным образом для изготовления крупногабаритных изделий при мелкосерийном и опытном производстве. Процесс изготовления изделия заключается в том, что жидкую смолу с отвердителем (инициатором) помещают в форму открытого типа для отливки вместе со слоями ткани или мата из волокон. При этом используют кисть, валик или распылительный пистолет. Форму предварительно очищают от загрязнений, зашкуривают и обрабатывают антиадгезионной смазкой. Из волокнистого наполнителя (ткани, мата или тканого ровинга) вырезают заготовки и укладывают их послойно в форму. После выкладки каждый слой пропитывают связующим, следя за тем, чтобы оно равномерно смочило наполнитель. Каждый последующий слой прикатывают к предыдущему во избежание образования пузырьков воздуха и пор, набирая таким образом пакет заданной толщины (не менее 2,5 мм). Такие слоистые пластики содержат обычно 25 % волокнистого наполнителя и 75 % связующего. В состав связующего дополнительно может вводится минеральный дисперсный наполнитель. Этим способом получают изделия толщиной до 25 мм, которые применяются главным образом в судостроении и химическом машиностроении.
Способ контактного формования имеет ряд недостатков, которые особенно проявляются в условиях серийного производства. К ним относятся: значительный разброс показателей физико-механических свойств изделий; длительность процесса формования; зависимость качества изделий от квалификации формовщиков; тяжелые условия труда.
Более производительным и качественным методом получения изделий с волокнистым наполнителем является формование под вакуумом, пневматическое формование эластичным пуанссоном и формование в автоклаве.
При вакуумформовании или пневмоформовании эластичным пуансоном волокнистый наполнитель (чаще всего – ткань, реже – мат из рубленой стеклопряжи) укладывают на оболочковой или параболической оправке (форме), пропитывают связующим, равномерно обжимают и покрывают эластичной полимерной пленкой, которую закрепляют по краям оправки. Из полученного таким образом мешка с помощью вакуумного насоса откачивают воздух (вакуумформование) или в пресс-камеру через штуцер подают сжатый воздух под заданным давлением. Под действием перепада давления эластичный пуансон деформируется вместе со слоем из композиции и прижимает ее к стенкам формы. Плотное прижатие композиции к форме обеспечивает равномерное распределение в ней связующего и волокна, удаление пузырьков воздуха и уплотнение материала (рис. 4.11).
а б
Рис. 4.11 Приспособления для вакуум- (а) и пневмоформования (б) эластичным пуансоном: 1 – форма, 2 – формуемое изделие, 3 – эластичный пуансон, 4 – вакуумная сеть (а), подача давления (б)
Отверждение осуществляется нагреванием формы с помощью горячей воды и при давлении около 90 – 95 кПа в гидро- или автоклаве. Изделия, полученные формованием эластичным пуансоном, обладают более высокой размерной точностью и плотностью, а также повышенными эксплуатационными характеристиками, по сравнению с изделиями, изготовленными ручной выкладкой. Этот способ формования находит широкое применение для получения трехслойных (сэндвичевых) конструкций с пенопластовым заполнителем, малогабаритных строительных конструкций, при получении емкостей для воды, стеклопластиковых корпусов огнетушителей, фильтров и др. Если емкости, имеющие форму тел вращения, должны выдерживать высокие давления, их необходимо изготавливать методом намотки.
Для получения изделий более сложной формы применяется метод отверждения в закрытой форме под давлением (на прессе) – метод компрессионного прессования. В этом случае оформление изделия осуществляется за счет прессования материала между жесткими пуансоном и матрицей. Пакет из наполнителя, пропитанного таким связующим, помещают в форму, состоящую из двух полуформ. После установки формы в пресс ее смыкают, прикладывают давление и выдерживают в таком состоянии до отверждения связующего. Получаемые при этом изделия обладают высоким качеством внутренней и наружной поверхностей в отличие от изделий, изготовленных ручной выкладкой. Кроме того, прессование обеспечивает более высокую плотность материала и сокращает продолжительность технологического цикла. Этот метод пригоден для крупносерийного производства изделий. Однако высокая стоимость оборудования и сложность изготовления прессформ больших размеров ограничивают размеры изделий, формуемых методом компрессионного прессования.
Этим методом получают листы текстолита и гетинакса. Для этого несколько слоев ткани (стеклянной, льняной) или бумаги, собранных в пакет нужной толщины и пропитанных связующим, помещают между горячими плитами пресса и выдерживают под давлением до отверждения связующего. Для повышения производительности прессование осуществляют на многоэтажных прессах.
Некоторые изделия, полученные любым из вышерассмотренных методов, могут нуждаться в механической доработке – обрезке неровных краев, приливов избытка связующего и т. д. Для этого применяют самые разнообразные методы – резание, фрезерование, сверление, обточка на токарном станке, шлифование и т.п.