SQS Zertifikat ISO 9001 / ISO 14001 TOOLING SYSTEMS SYSTEMY NARZĘDZIOWE Termoformowanie Technologia i dobór tworzyw sztucznych na formy Termoformowanie jest techniką przetwórstwa znaną od dziesięcioleci i stosowaną do wykonywania dużych cienkościennych elementów. Termoformowanie nie wymaga tak kosztownych maszyn, jak formowanie wtryskowe czy metoda RTM, podobnie jednak jak w obu poprzednich przypadkach wymagane są bardzo kosztowne formy. Jest to istotnym ograniczeniem produkowanego asortymentu wyrobów. Aby uprościć technikę wykonywania form próżniowych od kilkunastu lat wprowadza się nowe specjalne żywice narzędziowe: epoksydowe, poliuretanowe i metakrylowe dla wykonywania form do termoformowania. Obecnie możemy podzielić formy na: 1) Pełne - do krótkich i średnich serii produkcyjnych wyrobów wypukłych 2) Laminowane - do produkcji średnioseryjnej dla elementów z zagłębieniami i niszami. Termoformowanie stosuje się przy wytwarzaniu opakowań spożywczych (pojemniki na jogurt, lekarstwa, czekoladki itp.) do wytwarzania reklam świetlnych, opakowania sprzętów elektrycznych (zabezpieczenie przed przesuwaniem elementów w kartonie), tylnych ścianek telewizorów, drzwi lodówek, elementów w pojazdach, wnętrz szuflad, umywalek, wanien, basenów i wielu innych dużych elementów, których wykonywanie innymi metodami jest nieopłacalne. Niniejsze opracowanie przedstawia podstawowe techniki wykonywania form i zalecenia w stosowaniu odpowiednich dla nich materiałów. Model Dla wykonania większości typowych narzędzi do termoformowania niezbędne jest wykonanie modelu wzorcowego. Musi być on wykonany z materiału nieporowatego. Model jest pozytywem detalu, który planujemy wykonać, w postaci bloku z obrobioną powierzchnią mającą odwzorować ozdobną stronę termoformowanego arkusza. Tylna ściana jest wykonywana na płasko do zamocowania w skrzynce. Model wykonuje się zwykle w wersji wypukłej (tzw. męskiej ) ze względu na łatwiejszą obróbkę, jeśli termoformowany element ma być w wersji męskiej, to wykonanie formy jest po prostu odwzorowaniem modelu wzorcowego; jeśli detal ma być wykonany w wersji wklęsłej (tzw. żeńskiej ), to z modelu wzorcowego należy odtermoformować negatyw i posługiwać się nim dalej jako wzorcem. Dla wzmocnienia i uniknięcia deformacji wzmacnia się tylną ściankę. Ważne jest, aby model był wykonany dokładnie, gdyż forma próżniowa będzie jego dokładnym odwzorowaniem. Jeśli model jest wykonany z materiału porowatego należy pokryć go środkiem zacierającym pory (ewentualnie polakierować), gdyż zbyt rozwinięta powierzchnia może utrudnić a nawet uniemożliwić otwarcie formy. Rys.1 Przygotowany model
Model umieszczany jest na płycie bazowej. Model zostaje przykręcony. Następnie model zabudowywany jest skrzynką ze sklejki lub płyt metalowych czy unilamowych. Wszystkie szczeliny na styku płyt i płyta/model uszczelnia się woskiem lub specjalną plasteliną modelarską. Następnym etapem jest pokrycie całego modelu wzorcowego i skrzynki środkiem rozdzielającym, najlepiej woskowym np. płynnym QZ5111 lub patą QV5110. Właściwe narzędzie można wykonać z różnych materiałów w zależności od przeznaczenia formy i materiału, który będzie na nim przetwarzany. ZALECANE MATERIAŁY Pasta modelarska RenPaste SV36/HV36 Płyta modelarska piankowa RenShape BM5025 Płyta modelarska drewnopodobna RenShape BM5460 FORMY DO KRÓTKICH SERII (PEŁNE) Przez krótkie serie rozumie się serie kilkunastu do kilkuset odformowań, za serie średnie można uznać produkcję rzędu kilku-kilkunastu tysięcy wyprasek, długie serie to kilka milionów odformowań. Małe formy do krótkich (i średnich) serii dla elementów wypukłych (niektóre materiały reklamowe, maski, wzornictwo przemysłowe) wykonuje się metodą odlewania pełnego. Najczęściej używane są wówczas szybkoutwardzalne narzędziowe kompozycje poliuretanowe RenCast FastCasting (najczęściej stosowane FC54 oraz FC 52+wypełniacz DT082), specjalnie fabrycznie wypełnione kompozycje epoksydowe (np. RenCast CW61/HY97 i RenCast CW5156/HY5158) lub żywice metakrylowe (Atlas M130). Pierwsze pozwalają w bardzo szybki sposób otrzymać gotowe narzędzie (nawet po 1 godzinie). Ta zaleta szczególnie jest przydatna gdy na jednej płycie trzeba umieścić kilka lub kilkanaście modeli (często tak się zdarza w przypadku opakowań tzw. blistrów). Ze względu jednak na ich odporność na temperaturę (Tg wg ISO 75 zazwyczaj nie przekracza ok. 100 o C) stosuje się je raczej na formy do krótszych serii. Gdy trzeba wykonać formę (czasami zwaną kopytem ) dla dłuższych serii zazwyczaj stosuje się kompozycje epoksydowe (np. RenCast CW61/HY97), które charakteryzują się oprócz lepszych własności mechanicznych także o wiele wyższą odpornością na podwyższone temperatury. Zazwyczaj na formy, nawet do termoformowania grubych arkuszy z trudnych tworzyw termoplastycznych wystarczają kompozycje których temperatura ugięcia jest na poziomie 120 do 140 o C. W kartach technicznych żywic do odlewania podana jest maksymalna warstwa jaką można odlać podczas jednej operacji. Dla żywic epoksydowych wartość ta nie przekracza 100mm (podobnie dla szybkoutwardzalnych poliuretanów). Wynika to z reakcji egzotermicznej zachodzącej podczas procesu utwardzania. Im grubsza jest warstwa odlana, tym temperatura reakcji jest wyższa. Przyspiesza to oczywiście sam proces utwardzania lecz niestety powoduje przyrost skurczu. Dla nowoczesnych kompozycji skurcz liniowy przy określonej grubości warstwy nie powinien przekraczać 0,1%. Na duże formy do odformowań jednostkowych (reklamy świetlne, wanny, baseny) i krótkich serii stosowana jest także technika odlewania pełnego. Jako materiał są polecane kompozycje MassCasting, pozwalające na odlanie dużego bloku do grubości 500mm bez efektów temperaturowych i deformacji (skurcz 0.06%). Ograniczeniem w stosowaniu tej metody jest maksymalna ciągła temperatura pracy rzędu 80-90 C, co powoduje konieczność chłodzenia narzędzia po każdym formowaniu. Narzędzie jest następnie montowane na płycie. Rys. 2 Gotowa forma
DUŻE FORMY DO PRODUKCJI ŚREDNIOSERYJNE Narzędzia przeznaczone do wykonywania dłuższych serii produkcyjnych muszą charakteryzować się wysoką trwałością. Dodatkowo, w odróżnieniu od prostych form, wiele z nich ma elementy wklęsłe co powoduje konieczność nawiercania otworów dla dodatkowego odprowadzania powietrza. To wymaga stosowania nieco innego rozwiązania: tworzenia cienkiej warstwy licowej (łatwej do wykonania otworu) poprzez nakładanie żelkotu lub podlewanie na rdzeniu mniejszym o 2-5mm od modelu wzorcowego. Rys. 3 Nakładanie żelkotu Rys. 4 Proces podlewania na rdzeniu Dla uniknięcia kłopotliwego wiercenia otworów, przy nakładaniu warstwy żelkotu (a następnie laminowaniu) w punktach zamierzonego odpowietrzenia można umieścić (zatopić) pręt lub rurki z poliamidu, które po utwardzeniu zostają usunięte pozostawiając otwory. Warstwa żelkotowa musi być dodatkowo wzmocniona warstwą laminatową. Dla dobrego związania warstwy żelkotowej z warstwą laminatową stosuje się warstwę sprzęgającą. Warstwę sprzęgającą nakłada się na żelkot, gdy jest on jeszcze miękki, ale nie klejący. Następnie cała konstrukcja żelkot/laminat lub skorupa odlana metodą podlewania na rdzeniu jest wzmacniana konstrukcją z rur szklano-epoksydowych lub paneli ulowych. Ważne jest aby podczas laminowania nabijać tkaninę pędzlem z kompozycją żywiczną tak, aby uniknąć jakichkolwiek pęcherzy między żelkotem a laminatem. Możliwe jest również wykonanie wypełnienia pełnego z zatopionymi elementami chłodzącymi w postaci metalowych rurek dla przepływającej wody chłodzącej. Rys. 5 i 6 Przykłady technik wykonania wzmocnienia ZALECANE MATERIAŁY 1. Żelkot na warstwę wierzchnią dla wszystkich form, wytrzymałość cieplna 120 C RenGel SW5155/HY5159 2. Warstwa sprzęgająca a) Na formy o termoodporności (temperaturze pracy) do 90 C RenLam LY5138/HY5138 + QT58 (cięte włókno szklane) b) Na formy o termoodporności 120 C RenLam LW5157/HY5159 + QT58 (cięte włókno szklane) 3. Kompozycja do wypełnienia a) wypełnienie klasyczne, lane RenCast CW5156/HY5158 b) wypełnienie piaskowo-epoksydowe ubijane zastosowanie żywic jak dla warstwy sprzęgającej + piasek kwarcowy 1:3 c) wypełnienie piaskowo-epoksydowe obrabialne patrz pkt. b - ale zamiast piasku stosuje się napełniacz XV278 d) na formy do rozdmuchu butelek wypełnienie RenCast CW47/HY33, można także użyć kompozycji RenLam LY5157/HY5159 lub LY5138/HY5138 z proszkiem metalowym 3
4. Warstwa laminatowa Tkanina szklana preparowana (np. Krosno) + kompozycje jak dla warstwy sprzęgającej 5. Konstrukcja wsporcza np. panele ulowe NAJNOWSZE TECHNIKI WYKONYWANIA FORM DO TERMOFORMOWANIA Forma przewodząca powietrze wentylowana Nowość tej techniki w stosunku do tradycyjnej metody laminowania polega na zastosowaniu porowatego wypełnienia przepuszczającego powietrze. Pozwala to po pierwsze na wykonanie formy bez zatapiania prętów w żelkocie (po wykonaniu całej formy nawierca się jedynie 1,5-2mm żelkotu do warstwy przewodzącej powietrze); po drugie powietrze przepływając przez całą objętość formy dodatkowo chłodzi ją wspomagając lub całkowicie eliminując elementy rurkowe. Stosowane materiały: Żelkot RenGel SW5155/HY5159 Warstwa sprzęgająca: RenLam LY5138/HY5138/QT58 100:23:30 do 50 części wagowych Wypełnienie: RenLam LY5138/HY5138/XV278 100:23:2000 części wagowych Z użyciem techniki CAD/CAM. Wykonanie formy polega na wyfrezowaniu formy z materiału w postaci bloku żywicznego (płyty narzędziowe) przy użyciu wieloosiowej obrabiarki sterowanej numerycznie. Technika ta pozwala na opuszczenie etapu modelu i skrócenie o ok. 75% czasu wykonania narzędzia. Model wzorcowy, przestrzenny powstaje jedynie w postaci programu komputerowego, który jest następnie interpretowany z odwróceniem i kierowany do sterownika obrabiarki. Dzięki wysokiej odporności na podwyższoną temperaturę dostępnych materiałów, parametry w całym zakresie pracy są liniowe (skurcze, rozszerzalność), pozwala to na obliczenie wymiarów w temperaturze pracy i wprowadzenie poprawek w programie obróbki w temperaturze pokojowej. Dzięki temu forma może mieć idealną dokładność. Specjalne materiały: RenShape BM5266 (gęstość 1,6 g/cm 3, o wytrzymałości cieplnej 130 C) RenShape BM5055 (gęstość 0,7 g/cm 3, o wytrzymałości cieplnej 140 C). RenShape BM5112 (o wytrzymałości cieplnej 90 C) Nowością na rynku jest metoda oferowana przez firmę Huntsman Advanced Materials. Mając gotowy projekt narzędzia lub części można przesłać go do biura Huntsman który wykona nadwymiarowy odlew. Po otrzymaniu takiego bloku, wystarczy tylko obróbka wykańczająca. Powyższa metoda w porównaniu z metodą frezowania bloków żywicznych ogranicza koszty związane z wykonaniem formy o około 30%, wydłuża niestety czas wykonania. W sprawie szczegółów i pomocy technicznej prosimy o kontakt z naszymi technologami. Naszych porad na temat techniki stosowania udzielamy w oparciu o aktualny stan naszej wiedzy. Nie zwalnia to jednak Państwa z obowiązku sprawdzania we własnym zakresie naszych produktów na ich zgodność z założonym celem i technologią. Zastosowanie, użycie oraz obróbka produktów następuje już poza możliwościami naszej kontroli i odpowiedzialność za nie z tego powodu ponoszą wyłącznie Państwo. Istniejące już ewentualne prawa patentowe osób trzecich są uwzględniane. Gwarantujemy doskonałą jakość naszych produktów zgodnie z naszymi Ogólnymi Warunkami Sprzedaży. 05-822 Milanówek ul. Wojska Polskiego66 Tel: (0 22) 755 85 21 Fax: (0 22) 755 80 09 E-Mail: milar@milar.pl www.milar.pl Huntsman, 2003 Registered Trademark of Huntsman. Innformacji na temat innych produktów szukaj na stronach: www.renshape.com/frontpage.asp 4
5