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 уделено соответствию 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 режиме. 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 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 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 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 часа 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 окрашивания.

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.