Зажимные устройства. 
Оборудование и инструменты для изготовления изделий из полимерных композитов. 
Часть 2

Как правило, при формовании лист должен быть закреплен в зажимном устройстве. В универсальных и комбинированных машинах, предназначенных для термоформования, применяют устройства, пригодные для закрепления листов различных размеров. Иногда та же цель достигается комплектацией машины набором зажимных рам.

Лист закрепляют обычно с помощью пневмоили гидроцилиндров; на небольших машинах привод зажимных устройств чаще всего ручной. Конструкция зажимного устройства должна обеспечивать равномерное распределение усилия прижима. Кроме того, в этих конструкциях должна быть предусмотрена возможность зажима заготовок разной толщины.

Усилие зажима листа при формовании.

где q — давление зажима (q должно быть меньше предела текучести термопласта при температуре формования); П — периметр зажимаемого листа; Ъ — ширина зажимаемой кромки.

Выбранное усилие зажима должно удовлетворять условию.

где а₈ — напряжение, возникающее в листе; 5 — толщина листа; / — коэффициент трения листа о зажимное устройство.

По принципу действия все зажимные устройства можно разделить на два типа: рамные и лепестковые.

Устройства рамного типа состоят из двух рам (верхней и нижней), между которыми закрепляется лист. Как правило, нижняя часть рамы при ее раскрытии остается неподвижной. Например, в однопозиционных машинах многих типов нижняя часть рамы закреплена непосредственно на формовочной камере. Верхняя часть рамы при закладке заготовки и съеме готового изделия или откидывается на шарнирах (зажимное устройство раскрывается как книга), или приподнимается, оставаясь параллельной нижней части рамы.

На машинах с ручным и полуавтоматическим циклом, в которых загрузка листа и съем изделия производятся вручную, при больших габаритах рамы предусмотрены специальные устройства, обеспечивающие безопасность работы формовщика в зоне открытой рамы.

При ручном приводе для закрепления листа в раме обычно используют кулачковые зажимы. Пневматический или гидравлический привод для зажимного устройства целесообразно применять только в тех случаях, когда он используется в машине еще и для других нужд, например в прессовой части. В зависимости от габаритов рамы применяют или цилиндры, обеспечивающие как раскрытие рамы, так и зажим заготовки, или цилиндры двух видов (одни обеспечивают раскрытие рамы, а другие — зажим заготовки). Первый вариант применяется для более легких машин; пример показан на рис. 5.79. Два качающихся цилиндра 1 закреплены на формовочной камере 2, с которой неподвижно связана нижняя часть рамы 3. Верхняя часть рамы 4 поворачивается с помощью шарнира 5.

Рис. 5.79. Зажимная рама с общими цилиндрами подъема и закрепления заготовки.

Одна из возможных конструкций зажимной рамы с раздельными цилиндрами зажима заготовки и подъема рамы приведена на рис. 5.80.

Подъем верхней части рамы 2 обеспечивается цилиндром 1, а зажим заготовки производится четырьмя цилиндрами 5 с помощью захватов 4, закрепленных на нижней части рамы 3.

Рис. 5.80. Зажимная рама со специальным цилиндром подъема.

Чтобы обезопасить работу формовщика в зоне открытой рамы, на машинах с ручным зажимом заготовки применяют, как правило, пружины, подставки или противовесы, удерживающие раму в открытом состоянии. На рис. 5.81 приведены схемы, поясняющие работу противовесов.

Рис. 5.81. Установка страхующих противовесов:

а — на откидной раме; б — на поднимающейся раме На машинах с пневмоили гидроприводом зажимных рам чаще используют страхующие подставки, вводимые под раму и выводимые из-под нее специальными цилиндрами.

Более прогрессивными, хотя и менее распространенными, являются лепестковые зажимные устройства. Они легче, удобнее и безопаснее в работе. Схема такого устройства приведена на рис. 5.82. Нижняя часть зажима 6 неподвижна, его верхняя часть 4 может поворачиваться на 90° с помощью шарнира 3. В нерабочем положении в качающийся цилиндр 1 рабочая жидкость не подается и вследствие натяжения пружины 2 зажим открыт. После установки листовой заготовки в цилиндр 1 подается рабочая жидкость и под действием создаваемого в нем давления листовая заготовка 5 закрепляется. По окончании цикла формования цилиндр охолащивается и пружина 2 открывает зажим.

Как в рамном, так и в лепестковом зажимных устройствах лист термопласта 2 чаще всего закрепляется между резиновой вставкой 3, изготавливаемой из пористой теплостойкой резины, и металлическим выступом 1 (рис. 5.83). Резиновая вставка укрепляется обычно на нижней части рамы или на нижнем лепестке, а металлический выступ — сверху. Выступ не должен быть острым, чтобы не вызвать прорыва тонкого и раскалывания хрупкого термопласта.

Рис. 5.82. Схема зажимного устройства лепесткового типа.

Рис. 5.83. Схема крепления листа в зажимном устройстве.

Зажимы устройств для формования листа с проскальзыванием выполняют таким образом, чтобы можно было в широких пределах регулировать усилие прижима. Для этих целей наиболее распространен зажим в виде двух гуммированных валков, прижимаемых один к другому пружинами, снабженными устройствами для регулирования их усилия.

Температуру зажимного устройства необходимо поддерживать постоянной. Применение обогрева или охлаждения зависит от природы перерабатываемого материала. Например, полиэтиленовый лист прилипает к горячей поверхности рамы, поэтому температура зажимного устройства не должна превышать 30—40 °С, а при формовании ударопрочного полистирола температуру рамы рекомендуется устанавливать в пределах 50—70 °С.

При большинстве способов формования зажимное устройство с закрепленной в нем заготовкой в процессе формования остается неподвижным, однако в ряде двухпозиционных и многопозиционных машин оно переходит с одной позиции на другую. Кроме того, в машинах, приспособленных к формованию методом натягивания заготовки на пуансон, обеспечивается вертикальное перемещение зажимного устройства. Для перемещения зажимного устройства применяется пневматический или механический привод (очень редко гидравлический).

При формовании натягиванием заготовки на пуансон окно прижимной рамы часто перекрывается вспомогательной обвязкой в виде колец или стержней. При помощи этого приспособления поверхность формования разделяется на ряд ячеек в соответствии с числом пуансонов, одновременно участвующих в формовании (при формовании нескольких изделий в многогнездной форме или при вытяжке сложного профиля одного изделия несколькими пуансонами). Прикрепленные к верхней половине зажимной рамы кольца и стержни способствуют устранению складок, возникающих в результате чрезмерной вытяжки или прогиба листа перед формованием. Во время операции формования вспомогательные ячейки обеспечивают более плотное обтягивание каждого пуансона термопластом, прижимая лист к основанию формы.

Применяя вспомогательные кольца и стержни, прикрепленные к нижней половине зажимной рамы, можно комбинировать метод формования с помощью толкателя и метод формования с проскальзыванием листа в прижимной раме. Ранее закрепленный в раме лист нагревается. Затем к листу сверху подводится плита с установленными на ней толкателями, при этом число толкателей равно числу ячеек вспомогательной обвязки рамы. Толкатели вдавливают материал в просветы соответствующих ячеек, производя предварительную вытяжку листа. При этом боковые стенки изделий частично образуются в результате проскальзывания листа в зажимной раме. Окончательное формование происходит в матрицах, где вследствие перепада давления предварительно вытянутый лист принимает заданную форму. Формование таким способом дает возможность получить минимальное утонение стенок изделия.

Часто вспомогательная обвязка служит для облегчения механического извлечения отформованного изделия из формы. В этом случае обвязка устанавливается на нижней части рамы между листом и многогнездной матрицей, как бы разграничивая отдельные изделия. После формования прижимная рама с обвязкой движется вверх, помогая извлечь из форм готовые изделия (особенно в средней части матрицы).

В заключение следует отметить, что на установках для механопневмоформования специальные зажимные устройства чаще всего отсутствуют, так как этот метод термоформования предусматривает зажим заготовки самим оформляющим инструментом.