Выдувное формование (или формование ) — это производственный процесс для формирования полых пластиковых деталей. Он также используется для формирования стеклянных бутылок или других полых форм.
В целом существует три основных типа выдувного формования: экструзионно-выдувное формование, литье под давлением с раздувом и литье под давлением с вытяжкой и раздувом.
Процесс выдувного формования начинается с размягчения пластика путем нагревания заготовки или заготовки. Заготовка представляет собой трубчатый кусок пластика с отверстием на одном конце, через которое может поступать сжатый воздух.
Затем пластиковая заготовка зажимается в форме и в нее вдувается воздух. Давление воздуха раздувает пластик, который принимает форму. После того, как пластик остынет и затвердеет, форма открывается, и деталь выталкивается. Водяные каналы внутри формы способствуют охлаждению.
Принцип процесса происходит от идеи выдувания стекла . Энох Фернгрен и Уильям Копитке создали машину для выдувного формования и продали ее Hartford Empire Company в 1938 году. Это было началом коммерческого процесса выдувного формования. В 1940-х годах разнообразие и количество продуктов были все еще очень ограничены, и поэтому выдувное формование не получило распространения до более позднего времени. Как только разнообразие и темпы производства выросли, вскоре последовало и количество созданных продуктов.
Технические механизмы, необходимые для производства полых деталей методом выдува, были созданы очень рано. Поскольку стекло очень хрупкое, после появления пластика в некоторых случаях его стали использовать вместо стекла. Первое массовое производство пластиковых бутылок было осуществлено в Америке в 1939 году. Германия начала использовать эту технологию немного 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 продукции, и ожидается, что оно будет продолжать расти.
Для аморфных металлов , также известных как объемные металлические стекла, недавно была продемонстрирована возможность формования выдувом при давлениях и температурах, сопоставимых с формованием выдувом пластмасс. [1]
При экструзионно-выдувном формовании пластик расплавляется и выдавливается в полую трубку, образуя трубчатый кусок пластика с отверстием на одном конце для сжатого газа — известный как заготовка. Заготовка захватывается путем закрытия ее в охлажденной металлической форме. Воздух вдувается в заготовку, раздувая ее в форму полой бутылки , контейнера или детали. После того, как пластик остынет, форма открывается и деталь выталкивается. [2]
«Прямая экструзия с раздувом — это способ продвижения материала вперед, аналогичный литью под давлением , при котором архимедов винт вращается, подавая пластиковый материал вниз по нагретой трубке. После того, как пластик расплавлен, винт прекращает вращение и линейно перемещается, чтобы вытолкнуть расплав. При накопительном методе накопитель собирает расплавленный пластик, и после того, как предыдущая форма остынет и накопится достаточно пластика, стержень выталкивает расплавленный пластик и формирует заготовку. В этом случае шнек может вращаться непрерывно или прерывисто. [3] При непрерывной экструзии вес заготовки тянет заготовку и затрудняет калибровку толщины стенки. Методы с накопительной головкой или возвратно-поступательным винтом используют гидравлические системы для быстрого выталкивания заготовки, что снижает влияние веса и позволяет точно контролировать толщину стенки путем регулировки зазора матрицы с помощью устройства программирования заготовки.
Оборудование для непрерывной экструзии включает в себя системы выдувного формования с вращающимся колесом и челночное оборудование, в то время как оборудование для прерывистой экструзии включает в себя машины с возвратно-поступательным движением шнека и машины с накопительной головкой.
Контейнеры, такие как банки, часто имеют избыток материала из-за процесса формования. Он обрезается вращением режущего лезвия вокруг контейнера, которое разделяет материал. Избыток пластика затем перерабатывается для создания новых формованных изделий. Центробежные триммеры используются для ряда материалов, таких как ПВХ, ПЭВП и ПЭ+ПЭНП. Различные типы материалов имеют свои собственные физические характеристики, влияющие на обрезку. Например, формованные изделия, изготовленные из аморфных материалов, гораздо сложнее обрезать, чем кристаллические материалы. Лезвия с покрытием из нитрида титана часто используются вместо стандартной стали, чтобы увеличить срок службы в 30 раз.
Процесс инжекционно-выдувного формования ( IBM ) используется для производства полых стеклянных и пластиковых предметов в больших количествах. В процессе IBM полимер инжекционно формуется на стержневой штифт; затем стержень вращается на станцию выдувного формования для надувания и охлаждения. Это наименее используемый из трех процессов выдувного формования, и обычно используется для изготовления небольших медицинских и одноразовых бутылочек. Процесс делится на три этапа: впрыск, выдувание и выталкивание.
Машина для литья под давлением с раздувом основана на цилиндре экструдера и сборке шнека, которая расплавляет полимер . Расплавленный полимер подается в коллектор горячеканального типа, где он впрыскивается через сопла в нагретую полость и стержень сердечника. Полость формы формирует внешнюю форму и зажимается вокруг стержня сердечника, который формирует внутреннюю форму преформы. Преформа состоит из полностью сформированного горлышка бутылки/банки с прикрепленной толстой трубкой полимера, которая будет формировать корпус. похожа по внешнему виду на пробирку с резьбовым горлышком.
Форма для преформы открывается, а стержень сердечника вращается и зажимается в полую, охлажденную выдувную форму. Конец стержня сердечника открывается и впускает сжатый воздух в преформу, который раздувает ее до формы готового изделия.
После периода охлаждения выдувная форма открывается, и стержень сердечника поворачивается в положение выталкивания. Готовое изделие снимается со стержня сердечника и, как вариант, может быть проверено на герметичность перед упаковкой. Преформа и выдувная форма могут иметь много полостей, как правило, от трех до шестнадцати в зависимости от размера изделия и требуемого выхода. Существует три набора стержней сердечника, которые позволяют осуществлять одновременный впрыск преформы, выдувное формование и выталкивание.
Инжекционно-выдувное формование с вытяжкой имеет два основных метода, а именно одноступенчатый и двухступенчатый процесс. Одноступенчатый процесс затем снова делится на 3-станционные и 4-станционные машины.
В одноступенчатом процессе и изготовление преформ, и выдув бутылок выполняются на одной и той же машине. Более старый метод с 4 станциями впрыска, повторного нагрева, вытяжки с раздувом и выталкивания более затратен, чем метод с 3 станциями, который исключает стадию повторного нагрева и использует скрытое тепло в преформе, тем самым экономя затраты на энергию для повторного нагрева и сокращая на 25% инструментальную оснастку. Процесс объясняется так: представьте, что молекулы — это маленькие круглые шарики, когда вместе они имеют большие воздушные зазоры и небольшую поверхность контакта, сначала растягивая молекулы вертикально, а затем выдувая для горизонтального растяжения, двуосное растяжение придает молекулам форму креста. Эти «кресты» подходят друг к другу, оставляя мало места, поскольку контактирует большая площадь поверхности, что делает материал менее пористым и увеличивает прочность барьера против проникновения. Этот процесс также увеличивает прочность, что идеально подходит для розлива газированных напитков.
В двухэтапном процессе литья под давлением с вытяжкой и раздувом пластик сначала формуется в «преформу» с использованием процесса литья под давлением. Эти преформы производятся с горлышками бутылок, включая резьбу («отделку») на одном конце. Эти преформы упаковываются и позже (после охлаждения) подаются в машину для литья под давлением с вытяжкой и раздувом с повторным нагревом. В процессе ISBM преформы нагреваются (обычно с помощью инфракрасных нагревателей) выше температуры стеклования, затем выдуваются с помощью воздуха под высоким давлением в бутылки с использованием металлических выдувных форм. Преформа всегда растягивается с помощью стержня-сердечника в рамках процесса.
