Список тематических статей

Контроль качества готовых изделий при термоформовании

Брак при производстве изделий из термопластов методом термоформования (за исключением дефектов, вызываемых неправильным обслуживанием формующего оборудования и его неисправностями) можно разделить на дефекты исходного листового (пленочного) термопластичного материала; дефекты, возникающие при раскрое и разрезании штучных заготовок; дефекты нагрева; дефекты собственно формования, и дефекты вырубки.

К дефектам листового термопластичного материала относятся отклонения тех или иных его характеристик от технических требований, по которым данные материалы поставляются заказчику. Это могут быть отклонения

– по физико-механическим свойствам;

– по толщине и размеру листа;

– по цветности;

– по шероховатости поверхности; по наличию на поверхности листа пузырей, пятен и механических повреждений;

– по разнотолщинности листа и т. д.

Особое внимание при приемке листа с целью последующего формования в объемные изделия должно быть обращено на соответствие техническим требованиям физико-механических свойств и отклонениям по толщине листа, так как остальные дефекты в большинстве своем могут быть выявлены уже при визуальном контроле. Дело в том, что изменение от партии к партии физико-механических свойств листа неизбежно должно повлечь за собой изменение технологических параметров процесса формо­вания и переналадку оборудования, работающего в полуавтоматическом или автоматическом режимах. При разнотолщинности листа более тонкие участки нагреваются сильнее и провисают больше, в результате проис­ходит местный перегрев и деструкция материала. Вследствие неравно­мерного провисания листа происходит утонение при вытяжке, а иногда и разрывы заготовки. Дефекты, возникающие при раскрое и вырезке штучных заготовок, сводятся к следующим:

– при раскрое не учитывается возможная при нагреве усадка материала, что ведет к изготовлению заготовок слишком малых размеров: этот дефект опасен лишь при отсутствии на формующем оборудовании специального зажимного устройства (заготовка зак­репляется в самом оформляющем инструменте);

– возникновение отходов, трещин при резке листов (этот дефект наиболее характерен только для хрупких термопластов);

– нанесение при раскрое или резке механических повреждений на по­верхность заготовки;

– неправильная ориентация структуры в заготовке.

Если при раскрое и расположении заготовки в зажимном устройстве не учитывать ориентацию исходного листового материала, полученную им при его производстве, то можно получить изделие неоднородное по толщине, деформационным свойствам и величине остаточных напряжений. Необходимо иметь в виду, что в направлении наибольшей ориентации исходной заготовки готовое изделие должно получить наименьшую вытяжку, и, наоборот, в том направлении, в котором заготовка была наименее ориентирована, вытяжка должна быть наибольшей.

Дефекты нагрева вызываются, в основном, колебаниями температуры нагревателей, возникающими вследствие колебания напряжения в

сети,

сквозняка в помещении, а также инерции нагревательных устройств (при их включении и выключении).

К дефектам собственно формования относятся: образование морщин, трещин, разрывов и пузырей на поверхности изделия,

изменение цвета заготовки, коробление изделия, его недооформление, прилипание

к форме и т.п.

К дефектам вырубки относятся, главным образом, различные нарушения геометрических параметров, смятие кромки изделия, растрескивание термопласта вблизи линии вырубки, сколы, заусенцы, неполная вырубка изделий и нанесение при вырубке механических повреждений на поверхность отформованного изделия.

С целью сокращения количества брака при массовом производстве формованных изделий применяется поэтапный контроль процесса формования. Такой контроль зачастую помогает не только вовремя зарегистрировать нарушение, приводящее к браку, но даже своевременно предсказать и предотвратить его.

Контроль качества механической обработки изделий также зависит от применяемого оборудования. Он может производиться на участке механи­ческой обработки, как это показано в таблице, но может, при использо­вании оборудования, совмещающего формование с вырубкой и механической обработкой изделия, осуществляться непосредственно на рабочем месте формовщика.

Готовые изделия предъявляют к приемке партиями. Партией считается определенное число изделий одного наименования, одновременно поступающих на контроль.

Внешнему осмотру подвергают 100% изделий. При визуаль­ном осмотре оценивают соответствие изделий эталонному образцу, утверж­денному заказчиком, контролируется его цвет, состояние поверхности и кромок.

При оценке состояния поверхности определяют следующие дефекты: следы технологических стыков формующего инструмента, искажающие внеш­ний вид, разводы, царапины, риски, следы отверстий для эвакуации воз­духа, вздутия, «отбеливание» материала в углах и сгибах, инородные включения и т. д. Состояние поверхности кромок определяется наличием зашлифованных сколов в местах механической обработки изделий. Цвет изделий должен соответствовать образцу – эталону. К размерам целого ряда формованных изделий предъявляются достаточно жесткие требования. В то же время стабильности размеров препятствуют усадка и коробление отформованных изделий, зависящие от природы материала, технологического режима процесса формования, температуры и влажности среды, в которой эксплуатируется изделие.

Коробление изделий оценивают выборочно, но не менее 3–5 штук от партии. Изделие устанавливают на поверхность поверочной плиты и прикладывают груз массой (2,0 0,1) кг. В этом положении щупом или штангенциркулем проверяют зазор между поверхностью плиты и изделием.

Контроль усадки проводят следующим образом. Вырезают квадрат­ный образец, который размещают на полированном алюминиевом листе. Во избежание прилипания образца к поверхности материала последний посыпают тальком или пудрой. Затем образец нагревают до температуры переработки данного листового термопласта и выдерживают при этой температуре 30 мин. После этого определяют величину усадки.

Контроль геометрических параметров изделий проводится выборочно. Стабильность размеров определяется непосредственно на изделии, кото­рое закрепляют на оправке. С помощью, например, гибкой мерной ленты измеряют некоторые, наиболее характерные, размеры изделия, отмечая при этом точки замеров. Затем испытуемый образец на 24 ч помещают в термостат и выдерживают его при температуре примерно на 20–25 °С ниже температуры стеклования данного термопласта. После этого вынимают образец и проверяют его размеры в отмеченных местах. Проверка раз­меров проводится универсальными контрольно-измерительными инструмен­тами, обеспечивающими необходимую точность.

Миграция красителя определяется выборочно на 3–5 образцах из каждой партии: при трении о поверхность изделия ваты, смоченной жиром, не должно происходить ее окрашивание. Иногда цветостойкость оценивают во федометру.

Физико-механические свойства изделий контролируют в соответст­вии с действующими стандартами. Для этого из всей партии отбирают 3 изделия, из которых вырезают образцы для испытаний. Если хотя бы в одном изделии обнаружено несоответствие какому-либо показателю, то по этому показателю проводят повторное испытание. При повторном отри­цательном результате вся партия изделий бракуется.

В ряде случаев выборочно испытывают изделия на ускоренное старе­ние в специальных камерах при воздействии ультрафиолетового излучения, влажности и повышенной температуры.

Для определения оптических свойств прозрачных материалов при их формовании образцы подвергают воздействию продольных и поперечных нагрузок, а затем проводят стандартные испытания оптических свойств.

Учитывая специфику работы того или иного изделия, иногда проводят испытания материала на стойкость к ультрафиолетовому облучению, оценивают его газопроницаемость и водопоглощение, исследуют запах материа­ла и его химическую стойкость, а также температуру воспламенения.

Из эксплуатационных свойств изделий выбирают наиболее характерные. Например, дверные панели холодильников проверяют на стойкость к многократ­ным ударам. Представляют интерес и некоторые другие эксплуатационные испытания. Деформация куполов верхнего света, применяемых при строительстве промышленных зданий, изучается сначала при воздействии рас­пределенного давления, имитирующего снеговую нагрузку в зимний период эксплуатации купола. Кроме того, поведение купола испытывается и при создании сосредоточенной нагрузки в зенитной части, имитирующей вес человека. Другим примером могут служить испытания бытовой ванны, кото­рая, как известно, при эксплуатации периодически испытывает нагрузку в условиях повышенной температуры и влажности. Ванна проверяется в условиях более жестких, чем эксплуатационные. В течение 15 суток она подвергается равномерно распределенной и сосредоточенной в центре дна нагрузок, имитирующих вес лежащего и стоящего человека, с одновременным воздействием горячей воды. Испытания проводятся циклами с периодами нагружения и разгрузки. При этом ванна свободно опирается лишь на свод борта. Эксплуатационные испытания полностью зависят от  назна­чения и условий, в которых применяется данное изделие.

Причины брака при холодной вытяжке изделий из термопластов можно разделить по следующим признакам: небрежность и ошибка рабочего-формовщика: брак, возникающий вследствие недоброкачественного исход­ного материала; брак, возникающий из-за неисправности инструмента: брак, возникающий из-за несоблюдения установленной технологии или не­правильном технологическом процессе; брак, возникающий вследствие не­правильного хранения и транспортировки готовой продукции и заготовок. При этом наиболее характерными видами брака являются:

1) Разрывы и трещины на вытянутых изделиях. Этот вид брака

может

быть следствием следующих причин:

– неправильный выбор или недоброкачественность исходного материа­ла;

– плохая наладка или износ технологического инструмента;

– неправильный размер заготовки;

– слишком большая скорость вытяжки;

– резкое увеличение трения полимера о матрицу и пуансон

из-за отсутствия смазки.

2) Царапины и задиры на поверхности изделий. Причиной этого могут быть:

– износ рабочих поверхностей технологической оснастки;

– попадание на оснастку пыли или мелких посторонних предметов;

– отсутствие или низкое качество смазки.

3) Несоответствие размеров изделия после вытяжки размерам, установленным на чертеже. Такого рода несоответствие может быть из-за:

– возможных отклонений размеров, допущенных при изготовлении технологической оснастки;

– повышенной упругости исходного полимера, которая при недоста­точной жесткости формуемого изделия приводит к потере заданных размеров;

– неправильного температурного режима вытяжки, приводящего к значительному «пружинению» изделий;

– неправильной регулировки подвижной плиты прессовой части оборудования или недостаточной силы нажатия пуансона в конце хода пресса;

 – перекосов и смещений пуансона и матрицы друг относительно друга.

4) Морщины и складки на изделии могут быть вызваны следующими причинами:

– мал размер заготовки;

– недостаточна сила прижима заготовки;

– значительный износ скруглений краев полости вытяжной матрицы;

– неправильная конструкция формующей оснастки (неправильное по­ложение изделия в штампе, неудачная форма и размеры поверхности прижима заготовки);

– сетка линий скольжения на поверхности изделий.

Сеткой линий скольжения принято называть появление на поверхности изделия харак­терного рисунка, похожего на тиснение под крокодилову кожу. Этот вид брака вызывается анизотропией свойств на различных участках за­готовок. Чаще всего получить изделия с гладкой поверхностью из подобного листа не удается. В некоторых случаях помогает предваритель­ный нагрев заготовок до максимально допустимых при данном методе формования температур.

При пневмовакуумном формовании РТИ причины получения некачественных изделий подчас очень схожи с теми, которые вызывают брак при термоформовании. Однако особенности свойств сырых резиновых смесей, другие способы нагрева заготовок и их крепления, а также вулканизационные процессы, проходящие в резине, накладывают и ряд весьма существенных отличий. Основные причины брака при формовании РТИ можно раз­делить на следующие группы:

При пневмовакуумном формовании РТИ причины получения некачественных изделий подчас очень схожи с теми, которые вызывают брак при термоформовании. Однако особенности свойств сырых резиновых смесей, другие способы нагрева заготовок и их крепления, а также вулканизационные процессы, проходящие в резине, накладывают и ряд весьма существенных отличий. Основные причины брака при формовании РТИ можно раз­делить на следующие группы:

– низкое качество заготовок, используемых при формовании;

– неисправности или неудовлетворительная конструкция технологической оснастки;

– неисправности вулканизационного оборудования;

– нарушение технологического режима,

– плохая работа формовщика.

Наиболее распространенные виды брака при формовании резиновых изделий и способы их устранения приведены в табл.1.

Таблица 1. Причины возникновения и способы устранения дефектов РТИ, полученных методом пневмовакуумного формования

Вид дефекта		Причина возникновения	Способы устранения
Морщины и складки на стенках готового изделия		Нерациональная конструкция формы; местный перегрев заготовки; большая скорость формования	Изменить конструкцию формы; охладить форму; уменьшить скорость отсоса воздуха из-под заготовки
Неравномерная разнотолщинность изделий		Неравномерный разогрев заготовки	Обеспечить одинаковый контакт всех участков поверхности заготовки с нагревательной плитой или нагретой формой
Недооформление изделий		Недостаточное давление формования; нерациональная конструкция формы (неправильное расположение каналов для отвода воздуха); засорение воздушных каналов; подвулканизация резиновой смеси; мало давление пара при вулканизации	Увеличить формующее давление; изменить расположение воздушных каналов прочистить форму; снизить температуру нагрева заготовок; увеличить давление пара
Местная утяжка верхней кромки изделий		Мала сила крепления верхней кромки изделия в момент формования	Увеличить ширину вакуумной щели на верхней кромке формы
Прилипание изделия к форме		Не обеспечена надежная смазка формы; завышен диаметр или мала глубина воздушных каналов формы	Улучшить смазку формы; снизить температуру и давление пара при вулканизации
Изделия не приобретают нужных физико-механических свойств		Неправильный режим вулканизации	Изменить режим вулканизации
Включения посторонних предметов		Загрязненность рабочих мест на стадии получения смеси, каландрования или хранения заготовок; плохое качество смешения резиновой композиции	Содержать в чистоте рабочие места; изменить режим смешения
Пористость и пузыри		Повышенная влажность смеси и ингредиентов; нарушение режима повышения давления пара в автоклаве при вулканизации	Употреблять при смешении просушенные ингредиенты. Строго соблюдать режим повышения давления пара в автоклаве

Причины брака при разделительной штамповке могут быть самыми различными:

– дефекты исходного материала;

– недостаточная технологичность детали:

– несовершенство конструкций штампов или неправильная их эксплуатация:

– неправильно разработанная технология или отступления от нее;

– нарушение правил транспортировки и хранения полуфабрикатов и деталей.

Недостаточно высокое качество материала, как правило, ведет к появлению разрывов и разрушению штампуемых деталей при формоизменяющих операциях. Причинами этого может быть низкая пластичность материала, отклонения по структуре, неодинаковые механические свойства листового материала в разных его местах, внутренние дефекты (трещины, расслоения), и др.

Наличие площадки текучести в кривой упрочнения деформируемого металла может привести к потере устойчивости при вытяжке. В результате этого на поверхности металла могут появиться полосы скольжения или шероховатости, внешне похожие на поверхность апельсиновой корки. Для предупреждения этого дефекта металл перед вытяжкой дрессируют, т. е. прокатывают в холодном состоянии с малыми обжатиями (до 5%), благодаря чему устраняется площадка текучести на кривой упрочнения металла. Эффект от дрессировки обычных сталей сохраняется недолго. Освоен выпуск сталей, у которых эффект от дрессировки не теряется в течение длительного времени.

Брак при разделительной штамповке может возникать в случаях, когда выбранный для штамповки материал по механическим свойствам, толщине или другим показателям не соответствует разработанной технологии.

Особенно опасно применение листов повышенной толщины, так как возможна поломка штампа, а в некоторых случаях пресса. Поэтому толщину, механические свойства, поступающих на производство листовых материалов, необходимо тщательно проверять.

На качество изделий существенное влияние оказывают:

– неправильно спроектированное положение заготовок или полуфабрикатов в штампе;

– неправильные форма и размеры пуансонов, матриц, подающих, фиксирующих и прижимающих деталей;

– недостаточное или чрезмерное усилие прижима;

– малая жесткость конструкции штампа.

Для предупреждения брака по этим причинам конструкция штампа должна быть внимательно проверена в чертежах, а изготовленный штамп следует тщательно испытать, отрегулировать и наладить.

Причинами брака также могут быть неправильная или неточная установка штампа, износ и поломка его деталей, ослабление и неправильная регулировка пружин. Поэтому, при возвращении штампа на склад после штамповки партии деталей, его состояние должно быть тщательно проверено. Если в этом есть необходимость, то режущие части пуансонов и матриц затачивают, регулируют пружины и смазывают штамп.

Часто брак возникает при отступлениях от установленной технологии, то есть при неправильной последовательности операций, нарушении режимов штамповки, пропуске отдельных операций, при подаче в штамп заготовок неправильных размеров. Еще одной из причин брака является неправильная фиксация заготовок.

Предупреждением брака по этим причинам является строгое соблюдение технологии рабочими-наладчиками и мастерами.

Нередко готовые детали приходится отбраковывать из-за вмятин, забоин, царапин и т. д. Такие дефекты часто возникают при небрежности в работе, неправильных транспортировке и хранении деталей.

Качество штампованных деталей проверяют в процессе их изготовления (межоперационный контроль) и после завершения, изготовления (контроль готовой продукции). Контроль предусматривает внешний осмотр (установление дефектов: трещин, задиров и т.д.) и измерение элементов изделий измерительным инструментом. Обычно проводится выборочный контроль от 2 до 5% продукции.