Проектируем погонажные изделия из ПВХ. Технологичный дизайн экструзионных профилей

Прежде, чем размещать заказ на производство погонажных комплектующих для своего серийного производства из пластика, следует критически оценить технологичность дизайна вашего изделия. Вязкоупругость, низкая теплопроводность, накопление остаточных напряжений при переработке пластмасс накладывают ряд ограничений как на разработчика оснасток, так и на инженера-конструктора \промышленного дизайнера, который разрабатывает внешний вид будущего пластикового профиля. Поперечное сечение профиля следует выбирать по возможности простым. В этом материале инженеры ПК Первый Профильный Завод делятся опытом разработки дизайна профиля.

Классификация изделий, получаемых методом экструзии, основана на геометрии поперечного сечения экструдируемого профиля: плоские листы и пленки; изделия с кольцевым поперечным сечением (цилиндрические стержни, трубы, обкладка проводов и кабелей, рукавная пленка); раздувные изделия; сложнопрофильные изделия.

Конфигурация сложнопрофильных изделий весьма разнообразна, и в отличие от прочих профилей, получаемых методом экструзии, где при конструировании новых изделий можно использовать уже имеющиеся конструктивные решения, каждый фасонный профиль представляет собой уникальную конструкцию. Рассмотрим классификацию сложнопрофильных изделий на примере профилей, приведенных в табл. 4.5.

В первой колонке расположены профили открытого типа. Это профили, не имеющие замкнутых полостей. Подобные изделия подразделяются на следующие виды: (1) —массивные; (2) — без поднутрений; (3) — с поднутрениями; (4) — с касанием поверхностей, образующих полость; (5) — с «замком», запирающим полость.

В следующей колонке приведены профили закрытого типа, к ним относятся: (1) — кольцевого сечения (трубки); (2) — с одной полостью; (3) — с закрытыми полостями с поднутрениями; (4) — с закрытыми полостями без поднутрений.

Далее приведена колонка, в которой изображены ячеистые профили, т.е. профили с несколькими замкнутыми полостями. В эту группу входят: (1) — ячеистые без поднутрений; (2) — ячеистые с поднутрениями и касанием стенок; (3) — ячеистые с замком.

Основное технологическое требование к экструдируемому изделию — это минимально возможная толщина его стенки, так как за счет изменения плотности расплава в процессе охлаждения неизбежно возникновение усадочных вмятин и утяжек. Сплошной профиль очень сложно калибровать, так как при незначительном утолщении экструдата расплав скапливается перед входом в калибратор, охлаждается и прерывает движение. Кроме того, при охлаждении профиля усадка полимера происходит с внешней поверхности. Поэтому наличие внутренней полости в профиле позволяет полимеру изменять свой объем за счет увеличения и искажения размеров этой полости, а на внешней стороне дефекты не появляются. Пример подобного изменения конструкции изделия приведен на рис. 4.49.

Для толстостенного, а потому нетехнологичного профиля а (вариант I) при повышении технологичности предусмотрены два воздушных канала (вариант II). Поскольку внутри предусмотрена перемычка, то прочность практически не уменьшается. При доработке профиля 6 (вариант I) массивную левую часть можно заменить без ущерба для прочности изделия вариантом II. Для профиля в (вариант I) можно выполнить сплошной канал как с замкнутой полостью (вариант II), так и с открытой полостью (вариант III). В последнем случае крепление дорна в корпусе головки упрощается, а следовательно, снижается стоимость самой головки.

Все изделия после перечисленных выше доработок становятся менее материалоемкими и более рентабельными. К тому же, благодаря полостям внутри профиля, можно избежать скопления экс- трудата перед калибрующим устройством при увеличении производительности агрегата. Отверстия внутри изделия в данной ситуации будут деформироваться (сжиматься), освобождая место для избытка материала.

В качестве еще одного примера рассмотрим профили, предназначенные для отделки торцевой части мебели (рис. 4.50). В случае применения излишне закругленного профиля (рис. 4.50, б), чтобы избежать появления утяжин в результате усадки, утолщенную часть профиля делают полой. Если профиль с цельной планкой (рис. 4.50, а) имеет небольшую выпуклость, то после охлаждения и усадки профиль станет более плоским (рис. 4.50, в), но зато можно избежать возникновения утяжины в узлах изделия. Если применить плоский профиль (рис. 4.50, г), поверхность которого до охлаждения проходила но пунктирной линии, то утяжина, возникшая после охлаждения, будет более заметной. Появление утяжины также зависит и от величины узла в изделии, поэтому, как и в случае литья под давлением, толщина ребра должна быть равна примерно 0,8 толщины стенки.

Основное технологическое требование к изделию, получаемому методом экструзии, — это равнотолщинность. Для равнотолщинных профилей намного проще осуществить выбор геометрии каналов, обеспечивающих равенство скоростей экструзии в различных точках выходного сечения формующего канала. Скорость охлаждения профиля в калибрующем устройстве и охлаждающей ванне в различных местах сечения также выравнивается, вследствие чего в материале профиля практически отсутствуют внутренние напряжения, поэтому изделие не коробится.

При изготовлении профилей, имеющих в сечении элементы разной толщины, в местах наибольшего их утолщения можно размещать небольшие воздушные каналы (полости), как показано на рис. 4.51. Охлаждение профиля происходит снаружи и плотность полимера также вначале увеличивается с поверхности. Избыточное давление после выхода из головки отсутствует, поэтому после понижения температуры объем полимера внутри утолщенной стенки уменьшается, что способствует возникновению несанкционированных полостей или поверхностных утяжин. Если же профиль имеет внутренние полости, то усадка происходит за счет этих полостей.

Для изготовления подобных профилей с замкнутыми полостями необходимо предусматривать в головке дорн и дорнодер- жатель. Такая конструкция несколько сложнее, чем у головок для изготовления цельных профилей, но обеспечивает стабильность технологического процесса.

Большинство пустотелых профилей имеют внутренние перегородки или ребра. Толщина внутренних перегородок в таких изделиях должна быть на 20—30% меньше толщины внешних стенок, так как внутренние перегородки охлаждаются медленнее.

Коробление профилей (изгиб после охлаждения) может происходить из-за неправильного расположения отдельных элементов друг относительно друга. Когда полости расположены симметрично только относительно одной оси, то за счет различной толщины стенок или неравномерного охлаждения возникают неоднородная ориентация и усадка полимера. Под действием разности остаточных напряжений, возникающих в стенках профиля, как правило, происходит его изгиб. Для обеспечения равновероятных условий формования и равномерного воздействия остаточных напряжений нужно располагать полости в профиле симметрично обеих осей.

Помимо указанных основных технологических требований изделие по возможности не должно иметь острых углов (это в большей степени относится к углам на внешней поверхности). Если этого избежать невозможно, то возникает необходимость в корректировке геометрии формующего канала. Необходимо также иметь в виду неодинаковое охлаждение разных сечений сложного профиля. Все острые выступы и края охлаждаются и дают усадку быстрее, так как имеют большую поверхность на единицу объема. На рисунках показаны примеры правильной и неправильной формы изделий.

Для получения эстетичного вида изделия и избежания образования утяжек, сабельности и коробления следует предусмотреть в дизайне изделий дополнительные ребра жесткости, перемычки, криволиненые поверхности, тонкостенные участки.

По возможности следует избегать в изделии стыков, особенно под острым углом, так как в этих местах скорость движения расплава будет не соответствовать скоростям на других участках, что приведет к появлению короблений и утяжек. Для обеспечения равномерного выхода расплава и избежания искривлений профиля, стенки изделия следует проектировать одинаковой толщины. Внутренние стенки перегородок должны быть на 20-30% меньше внешних. В местах соединения и внутренних углов профиля избегайте резких соединений -лучше предусмотреть радиус скруглений. Минимально достижимый радиус изгиба внутренних углов изделий - 0,25 мм, внешних - 0,4 мм.