Extrusion Russian Edition 1-2021

23 ТЕРМОФОРМОВАНИЕ ЭКСТРУЗИЯ 1/2021 Возможности профилирования температуры Необходимый профиль температуры для заготовки можно задавать различными способами: например, может использоваться лазер или контактный нагрев. При использовании данных методов после нагрева до температуры термоформования локальный нагрев определенных участков заготовки, на которых требу- ется сильнее вытянуть материал, продолжается, что приводит к повышению температуры в этих зонах [3, 11, 12, 13, 14, 15, 16]. При использовании способа маскирования в станцию на- грева устанавливаются алюминиевые маски, которые локально экранируют инфракрасное излучение, в результате чего из-за образовавшейся тени в пленку передается меньше энергии и тем самым на пленке создается неоднородный профиль тем- пературы [3]. Напротив, при локально «активном» охлаждении заготовка нагревается обычным способом, что обеспечивает очень одно- родное распределение температуры. Затем заготовка, как и в традиционном процессе термоформования, перемещается на станцию формования, и форма смыкается. После этого перед началом формования с использованием воздуха происходит отвод тепла за счет контакта охлаждаемого пуансона с плен- кой (рис. 1). Использование охлаждаемого пуансона приво- дит к неоднородному распределению температуры, которое при правильном расчете позволяет улучшить однородность толщины стенки деталей после формования. Это «локальное охлаждение» схематично представлено на рис. 1. Расчет температурного профиля и параметров пуансона Основной целью при расчете параметров охлаждаемого пуансона является согласование локальных значений сопро- тивления вытяжке материала на критических участках (утол- щения и тонкие места) изделия. Если рассматривать осесим- метричную деталь стаканчика, то тот участок заготовки, на котором после термоформования возникнет тонкое место, должен вытягиваться слабее. Из-за вызванного этим более высокого сопротивления область вытяжки с помощью воз- духа перемещается на участки с более высокой температурой пленки. Этот принцип схематично показан на рис. 2. Степень вытяжки представ- лена в виде линии на осесим- метричной детали, идущей от центра дна до верха стаканчи- ка. Отчетливо видно серьезное увеличение степени вытяжки на участке перехода от дна к стенке. Сильная вытяжка приводит к уменьшению толщины стенки на данном участке детали. От тонкого места на участке перехода до верха стаканчика степень вы- тяжки непрерывно уменьшается ( λ = 1, невытянутая пленка). Поэтому из анализа степени вытяжки следует, что для обе- спечения создания максимально однородной толщины стен- ки необходимо согласовать температуру на соответствующих участках заготовки в обратном порядке. Для сильной вытяжки требуется меньшая температура и наоборот. Помимо формы охлаждаемого пуансона на окончательные профили температуры влияют и другие факторы. Помимо условий контакта, определяющих коэффициент теплопереда- чи между заготовкой и пуансоном, на температурный профиль влияют изменения толщины и температуры пленки, темпера- тура охлаждаемого пуансона и продолжительность контакта. Поскольку все перечисленные факторы важны для достиже- ния необходимого распределения материала в стенке изделия, нужно уделить особое внимание форме охлаждаемого пуансо- на при максимально короткой продолжительности цикла. Условия проведения испытаний Термоформованная деталь для испытания локального актив- ного охлаждения имеет форму стаканчика. Полость и, соответ- ственно, термоформованная деталь имеет диаметр отверстия 60 мм, глубину 40 мм и формовочный уклон 4°. Термоформова- ние производилось на одностанционной формовочной машине с вынесенной станцией нагрева Kiefel KD 20/25 фирмы Kiefel GmbH (Фрайлассинг, Германия). Использовалась пленка из полистирола (ПС) фирмы W.u.H. Fernholz GmbH & Co. KG (Майнерцхаген, Германия) с исходной толщиной 0,8 мм. За- Ȧ Пленка Выступ пуансона Подача сжатого воздуха Форма Рабочая камера Стенка Дно Степень вытяжки [�] Профиль тер оформованного изделия 1 Температура Положение заготовки Тонкое место Утолщение С енка Дно Верх стаканчика Верх стаканчи T однородная Ø 40 Фиксация охлаждаемого пуансона Ø 40 Охлаждаемый пуансон Подача CO 2 Камера CO 2 Выпуск CO 2 Передача тепла Охлаждаемый пуансон Рабочая камера Рисунок 1. Схема охлаждения пленки пуансоном, охлаждаемым с использованием воздуха Ȧ Пленка Выступ пуансона Подача сж того воздуха Форма Рабочая камера Стенка Дно Степень вытяжки [�] Профиль термоформованного изделия 1 Температура Положение заготовки Тонкое место Утолщение Стенка Дно Верх стаканчика Верх стаканчика T однородная Фиксация охлаждаемого Передача тепла Охлаждаемый пуансон Рабочая камера Рисунок 2. Расчет профиля температуры в зависимости от локальной степени вытяжки [3]