UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV FACULATATEA DE INGINERIE MECANICA AUTOVEHICULUL ŞI MEDIUL
- REFERAT-
Disciplina: TEHNOLOGII NOI PENTRU FABRICAREA AUTOVEHICULELOR Tema: TEHNOLOGII DE FORMARE A PIESELOR DIN MATERIALE PLASTICE, ELASTOMERI ŞI COMPOZITE
Îndrumător: Prof.dr.ing. Anghel CHIRU
Student: MÎRZEA VASILE Grupa MR562
-1-
-2-
Cuprins: I. FORMAREA PIESELOR DIN MATERIAL PLASTIC ÅžI ELASTOMERI ........................ 5 1. Tehnologii de formare .................................................................................................. 5 2. Descrierea procedeelor................................................................................................ 5 II.
FORMAREA PIESELOR DIN MATERIALE COMPOZITE.......................................... 21 1. Tehnologii de formare ................................................................................................ 21 2. Descrierea procedeelor.............................................................................................. 22
BIBLIOGRAFIE.................................................................................................................. 31
-3-
-4-
I.
FORMAREA PIESELOR DIN MATERIAL PLASTIC ŞI ELASTOMERI
1. Tehnologii de formare a) Injecţia: prelucrarea prin injecţie este cel mai larg procedeu industrial de obţinere a articolelor din materiale plastice. Prin acest procedeu materialul plastic, adus în stare de curgere prin acţiunea căldurii este introdus, sub presiune în cavitatea unei matriţe (cuib) unde are loc răcirea şi solidificarea lui; b) Extrudare: reprezintă procedeul de prelucrare prin care materialele, în stare plastică, sunt forţate să treacă printr-o filieră ce le conferă forma dorită; c) Suflare: tehnologie de formare a corpurilor goale închise; d) Înfăşurare: Metoda constă în rularea, în spirală, a materialului de armare, impregnat cu o soluţie de compus macromolecular pe o formă şi reticularea polimerului prin încălzire (420…425 K), cu aer cald sau radiaţii infraroşii; e) Caladrare: Procesul de laminare al materialului plastic, între mai mulţi cilindri, care se rotesc în sens contrar, încălziţi şi distanţaţi între ei încât să determine grosimea foii; f) Termoformare: constă în deformarea, cu mijloace mecanice sau cu ajutorul diferenţei de presiune sub vid sau cu aer comprimat, a unui semifabricat din material plastic, încălzit la o anumită temperatură, situată în intervalul de înmuiere. g) Expandare PSE: operaţia de expandare implică formarea sau dispersia unui gaz, sub formă de bule, într-un material fluid. După formare, bulele se măresc şi se stabilizează în matricea lichidă, a cărei vâscozitate creşte până la solidificarea finală. h) Spume PU: tehnologie de formare a produselor alveolare în care polistirenii expandaţi se produc prin majorarea temperaturii în două etape i) Comprimare: formarea prin comprimare este procedeul prin care un material, adus în stare de curgere, este forţat, prin presare, să umple cavitatea unei matriţe. Datorită efectelor de comprimare şi încălzire materialul se întăreşte în formă. j) Transfer: materialul, sub formă de pudră sau pastilă preîncălzită, este dispus într-o cameră de transfer, care face parte din presă. Într-o primă fază, pudra este înmuiată, iar în a doua fază este transferată, din cilindrul de lucru în cuibul de formare, cu ajutorul unui piston, prin canalele de umplere. La trecerea prin canalele de transfer, materialul topit se omogenizează şi devine mai compact, iar produsele volatile se elimină complet. 2. Descrierea procedeelor 2.1. Injecţia Prelucrarea prin injecţie constă în transformarea unui compound macromolecular din starea solidă în cea plastică şi introducerea acestuia sub presiune într-o matriţă de formare în interiorul căreia este prevăzut negativul piesei ce urmează a se obţine. Materialul, care a umplut locaşul matriţei este întărit prin răcire (termoplaste) sau încălzite (termoreactive, elastomeri).
-5-
Prin injecţie se obţin produse cu toleranţe dimensionale strânse care în cele mai multe cazuri nu necesită prelucrări ulterioare. Procedeul tehnologic poate fi complet automatizat sau robotizat. Procesul de injectare este un fenomen ciclic, fiecare ciclu cuprinde următoarele etape: alimentarea cu material (dozarea); încălzirea şi topirea materialului în cilindrul maşinii; închiderea matriţei; introducerea materialului topit sub presiune în matriţă; solidificarea şi răcirea materialului din matriţă; deschiderea matriţei; eliminarea piesei injectate din matriţă. 2.1.1. Elementele maşinii de injecţie
-6-
2.1.2. Descrierea etapelor Plastifierea
Umplerea matriĹŁei
Compactizarea
-7-
Răcirea şi demularea
2.1.2. Principalii parametrii tehnologici care influenţează calitatea unui produs finit obţinut prin injecţie sunt: (a) presiunea pistonului în cilindru; (b) temperatura materialului injectat, temperatura matriţei; (c) durata unui ciclu de injecţie. Presiunea pistonului în cilindru Pe parcursul procesului se dezvoltă o serie de forţe care exercită presiuni importante asupra materialului termoplastic.
pi- presiune interioară; pe- presiune exterioară; ph- presiune hidraulică.
-8-
Evoluţia presiunii în funcţie de etapele injecţiei: - umplerea matriţei, în momentul umplerii, creşte la valorea pi; (porţiunea de curbă 1-2); - compactizarea – se aplică o presiune ulterioară, (porţiunea de curbă 2-3), după care presiunea va scădea până la valorea presiunii de sigilare ps (porţiunea de curbă 3-4); - răcirea şi evacuarea obiectului din matriţă scădere mai lentă a presiunii (porţiunea de curbă 4-5); Temperatura materialului injectat, temperatura matriţei; Topirea materialului termoplastic se face prin transmiterea căldurii de la peretele cilindrului la material sau prin transformarea energiei mecanice în energie termică prin fricţiune. Temperatura matriţei este hotărâtoare pentru calitatea produselor injectate. Dinamica temperaturii materialului termoplastic de-a lungul cilindrului şi a matriţei, este reprezentată grafic în figura t0-temperatura polimerului la intrarea în cilindru; t1-temperatura de topire a polimerului; t2-temperatura de injecţie; t3- temperatura în matriţă; l1-l5-coordonate pe lungimea maşinii
În interiorul cilindrului, la timpul t1 are loc încălzirea la temperatura Tc şi plastifierea. Topitura curge în cilindrul şi duza maşinii şi se încălzeşte până la temperatura transferului termic prin pereţi. Durata unui ciclu de injecţie Ciclul de injecţie cuprinde următoarele faze principale: - închiderea matriţei; - apropierea agregatului de canalul de injecţie din formă; injectarea materialului (2 sec. pentru o piesă cu masa de 100 g); - aplicarea presiunii de compactizare; - retragerea agregatului de injecţie; - întărirea materialului injectat în matriţă (6 sec.); - deschiderea formei şi evacuarea piesei (2 sec.). -9-
2.1.3. Clasificarea maşinilor de injectat a) După sistemul de acţionare, maşinile se pot clasifica în: - manuale, acestea pot produce obiecte cu o greutate de 5-15 g; - pneumatice, care de obicei au partea de închidere a matriţei acţionată manual, iar pistonul de injecţie e acţionat pneumatic; - electromecanice, care pot produce piese în greutate de 2000g; - electrohidraulice, care în prezent sunt cele mai răspîndite şi pot produce obiecte cu greutatea între 20 g şi 20 kg; - mecanohigraulice, care folosesc acţionarea mecanică pentru închiderea matriţei şi acţionarea hidraulică pentru injectarea materialului plastic. b) După direcţia de lucru, maşinile pot fi: - maşini orizontale, la care axa agregatului şi direcţia închiderii matriţei sunt orizontale (fig. a); - maşini verticale, la care închiderea matriţei şi injectarea materialului se face vertical; prezintă avantajul că ocupă o suprafaţă utilă mai mică (fig.b); - maşini cu unitatea de închidere orizontală şi unitatea de injectare verticală (c); - maşini cu unitatea de închidere verticală şi unitatea de injectare orizontală (d); - maşini cu unitatea de închidere orizontală şi unitatea de injectare orizontală (e).
- 10 -
c) După tipul agregatului de topire şi de injectare, maşinile pot fi: - maşini cu piston şi cu cilindru de încălzire, cu sau fără torpilă (a); - maşini cu piston-melc, având unul sau doi melci (b); - maşini cu piston şi dispozitiv auxiliar de preplastifiere (c).
1-duza maşinii; 2-cilindru; 3-piston; 4-melc; 5-supapă; 6-melc extruder; 7-cilindru extruder.
2.1.4. Clasificarea matriţelor de injectat a) După numărul de cuiburi: - matriţe cu un singur cuib; - matriţe cu două cuiburi; - matriţe cu mai multe cuiburi. b) După sistemul de injectare: - cu injectare directă prin culee; - cu injectare punctiformă; - cu injectare cu canale de distribuţie; - cu injectare peliculară sau film; - cu injectare tip umbrelă; - cu injectare inelară; - cu injectare cu canal tunel; - cu injectare cu canale izolate; - cu injectare cu canale încălzite c) După modalitatea de acţionare a sistemului de aruncare: - cu aruncare mecanică; - cu aruncare pneumatică; - cu aruncare hidraulică. d) După numărul planelor de separaţie: - cu un singur plan de separaţie; - cu două plane de separaţie; - cu mai multe plane de separaţie. e) După modalitatea constructivă de realizare a matriţei în funcţie de forma piesei: - simple; - 11 -
- cu bacuri; - cu deşurubare; - cu mai multe planuri de separaţie.
Matriţă de injectat cu două cuiburi 1-tija de aruncare; 2-bucşa de conducere; 3-şurub; 4- placă de prindere; 5-placă aruncătoare; 6placă postaruncătoare; 7-şurub; 8-placă distanţier; 9- placă suport; 10,11-placă de formare; 12bucşă de ghidare; 13-placă de prindere; 14-coloană de ghidare; 15-,16-pastilă; 17-poanson; 18duza de injectare; 19-inel de centrare; 20-bucşă centrală; 21-ştift; 22-ştift tampon ;23-şurub; 24-ştift readucător; 25-aruncător central; 26-aruncător; 27-şurub; 28-inel de centrare.
2.2 Extrudarea Extrudarea este un proces tehnologic continuu de prelucrare a materialelor plastice, prin care se pot obţine profile de lungime infinită. Prin acest procedeu se obţin într-un ritm rapid profile a căror lungime este condiţionată numai de posibilităţile de depozitare şi transport. Exemple de produse: tuburi, ţevi, lambriuri, izolaţii pentru cabluri electrice, produse matriţate, etc. Calitatea produselor realizate este influenţată direct de următoarele elemente: - calitatea suprafeţelor filierei; - dimensiunile filierei; - materialul piesei. - 12 -
2.2.1. Principiul operaţiei de extrudare
Echipamentele tehnologice de prelucrare se compun din maşina de extrudare şi componentele auxiliare, necesare pentru condiţionarea produsului finit
1-alimentator; 2-rezistenţe electrice; 3-tambur; 4-echipament de decupare; 5-filieră; 6-şurub melcat; 7-motor electric; 8-role de tragere 2.2.2. Descrierea elementelor maşini de extrudare Elementele de bază ale melcului 1-butuc de prindere; 2-locaş pentru pană; 3-profilul melcului; 4-filet; 5-torpilă; 6-filieră; 7-pâlnie de alimentare; 8-cilindru; Pt-punctul în care materialul este topit.
- 13 -
Dispozitivul de extrudare
1-filieră; 2-corpul dispozitivului; 3-rezistenţă electrică; 4-sondă termocuplu; 5-filtru cu găuri; 6-cilindrul extruderului; 7-melc.
Buncărul de alimentare
a- alimentarea prin cădere liberă; b- pâlnii cu dispozitive dinamice (agitatoare); c- şnecuri; d- vibratoare
Sistemul de calibrare a) Calibrarea cu dorn şi filieră
1-filieră; 2-bucsa; 3-orificii pentru ieşirea aerului; 4-role de calibrare; 5-tub extrus; 6-şablon de calibrare; 7-baie pentru răcire.
b) Calibrarea cu vid
1-filieră; 2-dorn; 3-cilindru calibror; 4-manta exterioară; 5-garnituri de cauciuc; 6-orificiu pentru intrare agentului de racire; 7-mufa pentru vidare; 8-orificii pentru scoaterea aerului si calibrarea piesei;
- 14 -
2.3 Suflare: În execuţia corpurilor goale închise se asociază un extruder cu o presă de suflare, primul producând un tub prins la cele două extremităţi într-o formă alcătuită din două piese. La una din extremităţi, capul tubului introdus în matriţă se sudează, iar la cealaltă se ataşează un robinet care reglează debitul aerului cald ce-l va mula sub presiune (mai mică de 0,5 MPa) pe pereţii acesteia. După formare matriţa este răcită, procedeul asigurând astfel execuţia de produse cu o cadenţă ridicată.
Pricipiul suflării: 1-extruder; 2-tub din material plastic; 3-formă; 4-cap de introducerea aerului sub presiune
Suflarea pieselor complexe: 1-suflantă; 2-cap de acumulare; 3-regulator de presiune; 4-secţiune prin tubul întins;5-sistem de întindere a piesei; 6-tub; 7-formă; 8-piesa injectată ataşată la suflare; 9-piesă suflantă
- 15 -
2.4 Caladrarea Procedeul care stă la baza calandrării este curgerea laminară a unui fluid vâscos prin interstiţiul dintre doi cilindri care se află în mişcare de rotaţie Calandrele sunt asemănătoare valţurilor şi sunt constituite din 2 până la 5 cilindri printre care materialul termoplast gelifiat este obligat să treacă. Se realizează astfel foi sau folii de grosime mică, cu lungimi infinite şi lăţimi reglabile. Produsele se obţin: -
direct din topitură
-
prin finisarea şi subţierea unor platbenzi obţinute prin extrudare.
Tipuri de produse: -
foi cu grosimi cuprinse între 0,5 şi 1mm,
-
folii cu grosimi cuprinse 0,05 şi 0,5mm.
Alte operaţii : -
dublarea unor materiale diferite,
-
acoperiri diverse,
-
impregnarea unor ţesături.
2.4.1. Descrierea instalaţiei de calandrare
1 -extruder ; 2-separator magnetic; 3-calandru ; 4-cilindri de angajare; 5-cilindri de finisare; 6-role de transport; 7-dispozitiv de imprimare; 8-conveior de stabilizare; 9-tunelul de răcire; 10calibru de grosime; 11-dispozitiv de tăiere a marginilor; 12-sistem de rulare
- 16 -
2.4.1. Etapele operaţiei de calandrare a) Alimentarea cu materie primă se realizează prin utilizarea unor operaţii anterioare în utilaje cum ar fi: valţuri, malaxoare Banbury, extrudere, etc. Temperatura materialului debitat trebuie să fie constantă şi apropiată de temperatura de lucru a calandrului deoarece acesta nu are capacitatea de compensare pentru variaţii mari de temperatură din cauza inerţiei mari a cilindrilor. La ieşirea din extruderul (1), materialul este trecut printr-un detector de metal, de obicei un separator magnetic (2), care curăţă materialul plastic de impurităţi metalice. b) Laminarea se realizează în unitatea centrală a instalaţiei de calandrare numită calandru (3). Acesta este format din mai mulţi cilindri asezaţi în spaţiu în diferite poziţii. Alimentarea cu material se face între prima pereche de cilindri numiţi cilindrii de angajare (4); materialul supus calandrării trece o singură dată prin zona activă dintre doi cilindri unde i se micşorează grosimea. Distanţa dintre cilindri este din ce în ce mai mică pe măsură ce perechea de cilindri este mai departe de punctul de alimentare, grosimea finală a foliei fiind dată de interstiţiul dintre ultima pereche de cilindri numiţi cilindrii de finisare (5). Cilindrii sunt montaţi prin intermediul unor lagăre pe un batiu, şi prevăzuţi cu dispozitive de reglare a distanţei, a vitezei de rotaţie şi a temperaturii. Cilindrii au aceeaşi viteză, dar în cazul utilizării mai multor cilindri, între perechea de alimentare există eventual o mică diferenţă de viteză care face ca materialul să fie fricţionat. c) Operaţiile auxiliare: -
imprimarea (7), - se realizează prin trecerea foliei printr-un dispozitiv (7) format din unul sau doi cilindri din cauciuc, pe care se presează prin intermediul unor elemente elastice
-
stabilizarea (8)- Stabilizarea structurală se realizează prin trecerea foliei peste rolele dintr-un conveior de stabilizare
-
răcirea (9)- cu aer sau apă rece
-
controlul grosimii (10)- După răcire, se măsoară grosimea materialului prin intermediul calibrului (10). Dacă există diferenţe între grosimea măsurată şi cea dorită, calibrul de grosime comandă automat corectarea distanţei dintre cilindrii de finisare.
-
tăierea marginilor (11)- Tăierea marginilor se realizează cu dispozitivul (11) format din mai multe cuţite aşezate de o parte şi de alta a produsului
-
rularea foliilor pe tambur (12) pentru produse de tip folie sau tăierea la dimensiune pentru cele de tip foaie - 17 -
2.6. Înfăşurarea Metoda constă în rularea, în spirală, a materialului de armare, impregnat cu o soluţie de compus macromolecular pe o formă şi reticularea polimerului prin încălzire (420…425 K), cu aer cald sau radiaţii infraroşii
Formarea prin înfăşurare(cale umedă): 1-bobină de ţesătură; 2-încălzirea ţesăturii; 3-dispozitiv de impregnare; 4-calandru de uscare; 5-galet de compactare; 6-mandrină în mişcare de rotaţie; 7tub înfăşurat; 8-răşină de impregnat fără solvent
Pe matriţa de formare, înainte de aplicarea primului strat de polimer, se depune un agent de demulare. Pentru obţinerea unor suprafeţe exterioare lucioase, pe acestea se pulverizează lac poliesteric cu întărire rapidă. Bobinarea filamentelor în spirală se face ca în figura
- 18 -
2.6 Termoformarea Termoformarea constă în deformarea, cu mijloace mecanice (ambutisare) sau cu ajutorul diferenţei de presiune (sub vid f sau cu aer comprimat figura), a unui semifabricat din material plastic, încălzit la o anumită temperatură, situată în intervalul de înmuiere.
Termoformarea prin: a) ambutisare: 1-elemente pentru dirijarea aerului cald; 2-sursă de radiaţie termică; 3sisteme de prindere; 4-semimatriţă inferioară; 5-garnitură de etanşare; 6-conducte pentru introducerea şi evacuarea aerului; 7-folie din material termoplastic; 8-spaţiu pentru mularea foliei; 9-piesă formată; 10-poanson; b) termoformarea sub vid; c) termoformarea cu aer comprimat
Avantajele procedeului sunt următoarele: -
se utilizează forme simple, cu costuri relativ reduse;
-
se pot executa serii mici de produse (1.000…2.000 piese);
-
se folosesc folii cu grosimi reduse, a căror rigiditate poate fi majorată prin nervurare (moment de inerţie foarte mare);
-
produsele formate se răcesc rapid.;
-
este posibilă majorarea (întinderea) de 5 ori a suprafeţei iniţiale.
Inconveniente: -
pentru formare trebuie să se folosească un semifabricat (folie şi nu granule); - 19 -
-
bavurile din zonele de prindere au dimensiuni considerabile;
-
toleranĹŁele geometrice sunt limitate;
-
este imposibil de a se prevedea adaosuri;
- 20 -
II. FORMAREA PIESELOR DIN MATERIALE COMPOZITE 1. Tehnologii de formare Semifabricatele compozite se prezintă atât sub forma de benzi, paturi din fibre scurte sau lungi, cât şi sub formă de foi preimpreganate sau impregante cu răşini. Din acestea se formează piesele prin presare, vacuumare şi autoclavizare, înfăşurare, stropire, contact, împachetare şi injecţie, în continuare prezentându-se pe scurt fiecare procedeu. a) Formarea prin turnare a produselor din materiale compozite cu matrice din mase plastice necesita pregatirea amestecului de formare din fibre de sticla sau alta armatura. Amestecul este turnat in forme inchise sau deschise , incalzite la 60…80o C pentru a grabi procesul de intarire. Modelele sau matritele se formare se pot confectiona din lemn , sticla , aliaje metalice , etc. b) Formarea prin pulverizare simultană procedeu de formare cu contact mecanizat (compactare mecanizată). c) Formarea în sac se utilizează pentru obţinerea pieselor complexe de serie limitată care practic nu se pot realiza sub presiune la prese clasice. d) Formarea prin presare (la rece şi cald) – constă în deformarea benzilor preimpregnate sub acţiunea proeminenţelor semimatriţelor încălzite. În timpul imprimării formei se realizează şi tratamentul termic al răşinii.. Metoda se recomandă pentru piese mici (suprafaţa sub un metru pătrat). e) Formarea prin vacuumare şi autoclavizare – se realizează în urma aplicării unei presiuni de valoare prestabilită (0,3...0,6 Mpa), prin intermediul unei incinte flexibile, asupra straturilor de preimpregnare. Presiunea este creată fie prin vacuum, fie cu aer comprimat, iar căldura necesară tratamentului termic este furnizată de un cuptor cu o autoclava în care este introdus întregul ansamblu. Procedeul se aplică pentru prototipuri şi producţie de serie mică. f) Formarea prin înfăşurare este rezultatul acoperirii cu fascicule de fibre de acelaşi tip sau de tipuri diferite, a suprafeţei exterioare a unei matriţe aflată în mişcare de rotaţie. După operaţia de înfăşurare urmează un tratament termic pentru polimerizare. Parametrii procesului tehnologic sunt: pasul de înfăşurare, modul de înfăşurare, fracţia volumică a materialului de armare, numărul şi tipul de straturi înfăşurate, unghiul de aşezare a fibrelor , gradul de pretensionare a acestora. Procedeul se recomandă pentru bucşe antifricţiune, conducte, fitinguri, vase de presiune, rezervoarele de capacitate mare de pe autocisterne g) Formarea prin împachetare este similară ca şi principiu cu cea precedentă cu deosebirea că se folosesc pentru înfăşurare benzi preimpregnate. Soluţia este destintaă fabricării tuburilor de dimensiuni variate. h) Formarea prin injecţie (sub vid) este tehnologia prin care armarea se face cu fibre scurte dispuse uniform sau dirijate după anumite direcţii. După această tehnologie se obţin piese de dimensiuni mici şi mijlocii, cu forme deosebit de complexe, de precizie ridicată şi cu suprafeţe de calitate superioară, de tipul corpurilor de pompă, carcaselor şi componentelor pentru sistemele hidraulice. - 21 -
i) Tragerea profilelor rezultă prin deplasarea fibrei continue dintr-un rezervor, ce conţine răşina, printr-o filieră care are rolul de a înlătura aerul inclus in compoziţie şi excesul de răşini din fibra preimpregnată, precum şi de a realiza forma impusă piesei. Polimerizarea finală se realizează fie în matriţa închisă, fie într-un cuptor tunel pentru componentele mai mari. Metoda este deosebit de eficientă la execuţia semifabricatelor profilate din răşini armate cu fibre şi a celor folosite la placarea unor profile metalice cu materiale compozite. j) Formarea prin stropire rezultă prin pulverizarea simultana atât a răşinii cât şi a fibrei tocate. Procedeul este folosit la acoperirea suprafeţelor unor piese cu materiale compozite sau la reparaţii. k) Formarea prin contact este folosită la impregnarea cu răşini a unor ţesături din fibre cu suprafeţe foarte mari. l) Formarea premixurilor m) Formarea prin stratificare continuă n) Formarea prin pultruziune o) Formarea corpurilor de revoluţie prin răsucire filamentară p) Formarea corpurilor de revoluţie prin centrifugare 2. Descrierea procedeelor Itinerar tehnologic general
- 22 -
2.1 Formarea prin contact Este o metodă artizanală ce constă într-o impregnare manuală a materialului de armare (sticlă, kevlar) sub formă de “Mat” sau tesatura, cu o matrice termorezistentă, în general un tip de răşină poliesterică nesaturată. Principiul metodei constă în depunerea pe o matriţă acoperită cu un agent demulant a unui strat de suprafaţă (gel-coat) peste care, după gelificare, se aşează mai multe straturi de materiale de armare (mat sau ţesătură) care vor fi impregnate succesiv cu răşină. Răşina, care conţine un catalizator şi un accelerator polimerizează. După polimerizare prin îndepărtarea de pe matriţă se obţine piesa dorită. Matriţa (placa activă) poate fi realizată din: gips, lemn, tablă subţire şi mai des din MC. Forma sa geometrică este obţinută uneori prin amprentare după o piesă existentă. În practică matriţele sunt realizate din poliester stratificat sau poliepoxid plecând de la un model din lemn.
2.2 Formarea prin proiecţie simultană Proiecţia simultană este un procedeu de formare cu contact mecanizat (compactare mecanizată). Sticla sub formă de roving trece printr-un tocător ce o debitează la lungimi dorite, în timp ce răşina este proiectată sub formă de “ploaie”. Fibrele de sticlă tăiate sunt pulsate printre jetul de răşină, sunt asamblate şi depuse simultan pe suprafaţa matriţei. Ulterior procesul este asemănător cu cel manual prin contact respectand urmatoarele operatii: impregnarea, depunerea şi compactarea straturilor. Proiecţia simultană împreună cu cea manuală este procedeul cel mai utilizat la obţinerea pieselor de mari dimensiuni. - 23 -
Procedeul are loc la temperatura ambiantă şi la presiunea atmosferică. La sfârşit polimerizarea poate fi accelerată prin aşezarea piesei în faţa unui curent de aer cald sau în etuvă.
2.3 Formarea cu sac Formarea se realizează cu ajutorul aerului la presiune atmosferică. Pentru a obţine presiunea dorită, se utilizează un sac flexibil, etanş, sub care se realizează vid. Materialul compozit stratificat, fibre de sticlă şi răşină, este aşezat în cavitatea unei matriţe deschise. Asupra sacului acţionează astfel presiunea atmosferică.
Formarea cu sac se utilizează pentru obţinerea pieselor complexe de serie limitată care practic nu se pot realiza sub presiune la prese clasice. În mod frecvent se realizează piese pentru industria aeronautică. Sunt cunoscute trei procedee de formare cu sac: -
Formare cu sac sub vid şi variantele sale,
-
Formare cu sac sub presiune şi variantele sale,
-
Formare în autoclavă. - 24 -
a) Formarea cu sac prin gravitaţie sub vid
Răşina termorigidă este introdusă prin gravitaţie printr-un anumit punct al matriţei. Polimerizarea este efectuată la temperatura ambiantă sau printr-un aport caloric adus matriţei (fluid cald, rezistenţă electrică, etc.). b) Formarea cu sac sub presiune Procedeul este similar celui de formare cu sac sub vid. Particularitatea constă în faptul că presiunea nu este cea atmosferică ci la valori mult superioare, obţinând astfel un grad mai mare de compactizare a peretelui piesei şi implicit caracteristici mecanice superioare. Matriţa trebuie astfel realizată încât să reziste la presiuni şi eforturi mari.
2.4 Formarea prin transfer de răşină (tip RTM) Etapele formării prin procedeul RTM prezentate schematic în figura. sunt: -
decuparea materialului de armare din fibre compactate sub formă de
ţesătură, în conformitate cu forma şi dimensiunile piesei;
- 25 -
-
introducerea materialului de armare într-o matriţă de preformare, având
dimensiunile matriţei de formare a piesei, şi realizarea formei structurale a ranforsării, pentru această operaţie putându-se utiliza şi matriţa de formare; -
introducerea materialului de armare în matriţa de formare, închiderea matriţei
şi încălzirea ei la temperatura de iniţiere a polimerizării; -
injectarea cu viteză mică a răşinii în matriţa încălzită, pentru a permite
impregnarea fibrelor structurii ranforsării, umplerea completă a matriţei şi degazarea bulelor de gaz ce iau naştere în procesul de polimerizare, eliminarea gazelor putându-se face cu ajutorul unei pompe de vid; -
menţinerea presiunii de injecţie pe tot timpul procesului de polimerizare;
-
realizarea completă a polimerizării matricei;
-
deschiderea matriţei şi demularea piesei;
-
debavurarea piesei şi remedierea eventualelor defecte;
-
aplicarea eventuală a unui proces termic de maturare (postpolimerizare) a
piesei pentru menţinerea formei şi a dimensiunilor iniţiale. Faţă de această succesiune de etape, procedeul RTM cunoaşte unele variante tehnologice care derivă de fapt din tehnologia prezentată mai sus.
Etapele de formare la procedeul RTM a) decuparea materialului de armare; b) preformarea; c) inchiderea şi încălzirea matriţei; d) injectarea răşinii şi umplerea matriţei; e) realizarea ciclului de polimerizare în matriţă; f) deschiderea matriţei şi extragerea piesei (demularea)
- 26 -
2.5 Formarea prin presare la rece Principiul procedeului constă în faptul că între două matriţe din materiale compozite polimerice şi încărcate cu beton se presează la joasă presiune un amestec din materiale de armare şi răşină. Matriţele sunt încălzite la început. In continuare, reacţia exotermică ajunge pentru a asigura căldura necesară polimerizării. Sunt folosite două metode: -
depunerea de răşină pe materialul de armare înainte de închiderea matriţei
-
injectarea de răşină după închiderea matriţei. Această metodă permite ameliorarea impregnării
Materiale folosite în acest procedeu sunt următoarele: -
Materiale de armare: sticlă mat sau ţesătură deformabilă, cu un procent de armare ponderal: 20-30%, si un procent de armare volumic: 10-17%.
-
Matrice: poliester.
Caracteristicile procedeului sunt următoarele: -
grosimea obişnuită: 2-3mm,
-
dimensiuni maxime: 3x3m,
-
cadenţa de fabricaţie: 3-4 piese/oră/matriţă (posibil 10-15),
-
procent de pierderi: 2-4%.
Avantajele acestui procedeu sunt: ameliorarea sensibilă a cadenţei de fabricaţie a pieselor şi obţinerea de piese având ambele feţe netede. Dezavantajele procedeului sunt: se aplică doar la piese având o geometrie mai simplă şi necesitatea de a debavura piesele după scoaterea din formă. - 27 -
Acest procedeu se aplică în principal la obţinerea de piese de caroserie auto în serii mici. 2.6 Formarea prin presarea premix-urilor (BMC) Prin acest procedeu premix-ul este presat direct între două matriţe metalice, încălzite, obţinându-se o piesă finită cu două feţe fine. În acest procedeu se foloseşte premix-ul, un amestec de fibre de sticlă, tăiate (l=0,1-0,2 mm) într-un procent de armare volumic de 11-16 %, răşini poliesterice şi material de umplutură calcaros. Produsul se prezintă sub forma unei paste. Reţeta tip este: material de armare 30 părţi, răşină 70 părţi, carbonat de calciu 120 părţi şi alţi agenţi 35-40 părţi. Procedeul se poate folosi pentru obţinerea de piese de dimensiuni maxime de 2x2 m şi grosimi de până la 30 mm.
În acest procedeu se foloseşte premix-ul, un amestec de fibre de sticlă, tăiate (l=0,1-0,2 mm) într-un procent de armare volumic de 11-16 %, răşini poliesterice şi material de umplutură calcaros. Produsul se prezintă sub forma unei paste. Reţeta tip este: material de armare 30 părţi, răşină 70 părţi, carbonat de calciu 120 părţi şi alţi agenţi 35-40 părţi. Procedeul se poate folosi pentru obţinerea de piese de dimensiuni maxime de 2x2 m şi grosimi de pănă la 30 mm. Avantajul acestui procedeu este posibilitatea de a obţine piese de forme complexe. Ceea ce recomandă acest procedeu pentru fabricaţia pieselor destinate izolaţiilor electrice, având şi o rezistenţă mecanică destul de bună. - 28 -
Dezavantajele procedeului BMC sunt: -
obţinerea de piese cu caracteristici mecanice inferioare pieselor obţinute din preimpregnate presate,
-
posibilităţi de colorare limitate.
2.7 Formarea prin presarea preimpregnatelor (SMC) La fel ca procedeul BMC, procedeul constă din presarea între două matriţe metalice încălzite. Nu este necesar ca preimpregnatul să fie dispus în toată matriţa, în general este suficientă o acoperire de 30% Materialele folosite sunt următoarele: -
materiale de armare: mat de sticlă, ţesătură impregnată de sticlă, cu un procent de armare volumică de 16-28%,
-
matrice: răşină poliesterică foarte fluidă, precatalizată cu materiale de umplutură minerale sub formă de pulberi.
Semifabricatele sunt sub formă de foi protejate de două filme din polietilenă. Reţeta tip este următoarea: material de armare 30 părţi, răşină 70 părţi, carbonat de calciu 120 părţi, alţi agenţi 35-40 părţi. Avantajele acestui procedeu sunt următoarele: -
materiale preimpregnate, sub formă de foi,
-
obţinerea de piese cu proprietăţi mecanice destul de bune,
-
se obţin piese cu rezistenţă la oboseală şi coroziune destul de bună,
-
se pot obţine piese complexe şi cu nervuri.
Dezavantajele acestui procedeu sunt următoarele: -
preimpregnatele trebuie tăiate şi foliile îndepărtate,
-
necesitatea debavurării pieselor formate,
-
suprafeţele pieselor sunt poroase.
2.8 Formarea prin injecţie de răşini termoplastice armate(TPR) Procedeul constă în injectarea, de răşini termoplastice armate, cu presiune înaltă într-o matriţă închisă. După răcire se obţin piesele finite. În figură este prezentat principiul acestui procedeu. Materialele utilizate de acest procedeu sunt următoarele: -
materiale de armare: fibre de sticlă scurte (l=1-2 mm), fibre de carbon,
-
matrice: (polimeri termoplastici tehnici) policarbonat, politereftalat de etil sau butilen, polioxid de fenil, poliacetal, poliamide (PP, ABS).
Semifabricatele se prezintă sub formă de granule de termoplastice armate (TPR). Avantajele acestui procedeu sunt: posibilitatea de a obţine piese omogene şi de precizie şi o cadenţă mare de fabricaţie. - 29 -
- 30 -
1.
2. 3. 4.
BIBLIOGRAFIE Scutaru,M,L, Chiru, A, Vlase,S, Cofaru,C, Teodorescu-Drăghicescu,H, Materiale plastice şi compozite în industria autovehiculelor, Editura Transilvania, Braşov, 2010 Hancu L., Iancau H., Tehnologia materialelor nemetalice. Tehnologia fabricării pieselor din materiale plastice, Editura ALMA MATER, 2003< Iancău,H., Nemeş, O., Materiale compozite- concepţie şi fabricaţie, editura MEDIAMIRA-Cluj Napoca, 2002; Banu, M., Curs Tehnologia Materialelor Compozite
- 31 -