Tecnologie Materie Plastiche. Bibliografia De Filippi A.M., Fabbricazione di componenti in materiali polimerici

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1 ITIS Giulio Natta Istituto Tecnico Industriale per la meccanica e le materie plastiche - Liceo Scientifico Tecnologico Via XX settembre 14/A - Rivoli TO Tecnologie Materie Plastiche Modulo6 TERMOFORMATURA Lezione 01 Contenuti Semilavorati Fasi del processo Tecniche Parametri Riscaldamento Materiali Stampi Post - Lavorazioni Bibliografia De Filippi A.M., Fabbricazione di componenti in materiali polimerici Hoepli 2004 "INTERPLASTICS" Tecniche Nuove n 5 giugno /

2 Semilavorati per la TERMOFORMATURA Nella termoformatura si impiegano lastre piane o nastri di diversi spessori. In base allo spessore del semilavorato distingue tra: - Film o pellicola spessore fino a 0,25 mm - Lastra o foglia spessore fino a 10 mm e oltre La letteratura americana distingue tra Thin gauge -Medium gauge -Heavy gauge spessore inferiore a 1,5 mm spessore tra 1,5 mm e 3 mm spessore oltre a 3 mm 2/

3 TERMOFORMATURA VIDEO LINK 3/

4 Processo di TERMOFORMATURA Fasi del Processo Le fasi del processo di termoformatura : - Riscaldamento del semilavorato - Formatura a vuoto * mediante stampo o libera - Raffreddamento ed estrazione - Lavorazioni meccaniche di finitura (*) La pompa aspirante deve essere in grado di mantenere bassissimi valori della pressione; generalmente essi sono compresi tra i 0,004 MPa (0,04 bar) e i 0,02 MPa (0,2 bar) Il suo sviluppo industriale si ha durante la Seconda Guerra Mondiale per la produzione di finestrini, cupolini e altri componenti per applicazioni aereonautiche. 4/

5 Tecniche di TERMOFORMATURA Esistono tre versioni del processo : - con vuoto, quando una faccia della lastra è sottoposta a pressione inferiore a quella atmosferica - con pressione, quando una faccia della lastra è sottoposta a pressione maggiore di quella atmosferica - con azione meccanica, la deformazione è ottenuta con azioni puramente meccaniche Per ottenere corpi cavi si impiega la Termoformatura Bilastra. 5/

6 1. A vuoto (VACUUM-formatura) Tecniche di TERMOFORMATURA con Stampo negativo femmina Lo stampo è costituito da una cavità, si fa aderire il semilavorato alle pareti creando il vuoto dentro la cavità con Stampo positivo maschio Lo stampo è costituito da un modello al quale si fa aderire il semilavorato creando il vuoto in alcuni punti 6/

7 1. A vuoto (VACUUM-formatura) Tecniche di TERMOFORMATURA con Stampo positivo - negativo Il semilavorato si fa aderire alle pareti creando il vuoto in alcuni punti con Pre-soffiatura Il semilavorato viene sottoposto ad una stiratura biassiale mediante soffiaggio che crea una bolla nel verso opposto alla geometria voluta e poi stampato creando il vuoto 7/

8 Tecniche di TERMOFORMATURA 2. Con pressione 0,35 < p < 0,85 MPa (3,5 < p < 8,5 bar) Si impiega quando l azione del vuoto non è sufficiente a far prendere forma alla lastra Vantaggi (Vs vuoto) Tolleranze più strette Distribuzione materiale più uniforme Deformazioni più contenute con Stampo negativo Termoformatura libera 8/

9 Tecniche di TERMOFORMATURA 2. Con pressione 0,35 < p < 0,85 MPa (3,5 < p < 8,5 bar) Ad azione combinata (high pressure forming) La lastra è sottoposta contemporaneamente all azione della pressione (1,5 MPa) e del vuoto. Si ottengono manufatti di ottima qualità paragonabili a quelli ottenuti con iniezione ma per le elevate forze in gioco le tenute possono essere garantite solo con l uso di presse idrauliche che fanno aumentare i costi. 9/

10 Tecniche di TERMOFORMATURA 2. Con pressione 0,35 < p < 0,85 MPa (3,5 < p < 8,5 bar) Con liquido in pressione (pressure diaphragm forming) La lastra è sottoposta contemporaneamente all azione di un liquido in pressione dal quale è separato da un diaframma e dall altra parte la parete è sottoposta al vuoto. 10/

11 3. Termoformatura Meccanica Tecniche di TERMOFORMATURA Stretch forming Fasi del procedimento - riscaldamento della lastra - stiratura con pinze - appoggio e mantenimento sullo stampo 11/

12 3. Termoformatura Meccanica Tecniche di TERMOFORMATURA Stampaggio da lastra Si ottiene mediante l azione di due semi stampi premuti con pressioni di 0,03 0,3 MPa impiegata con schiumati e compositi fibrosi 12/

13 Tecniche di TERMOFORMATURA Termoformatura Bilastra: per corpi cavi Fasi del procedimento Riscaldamento delle due lastre Chiusura dei due semi stampi Compressione sul contorno fino a giuntura Applicazione del vuoto all esterno Soffiaggio aria in pressione all interno Apertura stampo ed estrazione pezzo 13/

14 I tre indici di deformazione Deformazione aerica Deformazione lineare Rapporto altezza diametro 1. Deformazione aerica (A) Parametri di TERMOFORMATURA E il rapporto tra le superfici (aree) di base (A b ) del semilavorato e quella esterna del pezzo finito (A p ) Nel caso in figura (A b ) = π D / 4 semilavorato (A p ) = π d / 4 + π d h pezzo finito Essendo il volume (V) di materiale costante, introducendo gli spessori (a) e (b) si ottiene A = a / b : deformazione aerica 14/

15 I tre indici di deformazione Parametri di TERMOFORMATURA 1. Deformazione aerica (A) Variazione dello spessore 15/

16 I tre indici di deformazione Parametri di TERMOFORMATURA 2. Deformazione lineare E il rapporto tra la lunghezza di una linea tracciata sul semilavorato (prima della deformazione) e la sua lunghezza sul pezzo (dopo la deformazione) 3. Rapporto altezza / diametro Si utilizza nei prodotti assialsimmetrici a forma di coppa 16/

17 Conformazione - Stampo maschio - Stampo femmina Stampi per la TERMOFORMATURA Lo stampo maschio è impiegato per i materiali con ritiro critico (il pezzo tende ad aderire al punzone e resta quindi conformato, con lo stampo femmina il pezzo è libero di contrarsi e quindi perde stabilità dimensionale a causa dell eccessivo ritiro. Dal punto di vista economico il maschio è meno costoso perché la lavorazione di un isola (profilo convesso) è più semplice della lavorazione di una tasca (profilo concavo) Lo stampo femmina utilizza di regola l azione del vuoto e, nel caso di figure multiple, consente una disposizione più ravvicinata delle figure con conseguente risparmio di materiale. 17/

18 Materiali Stampi per la TERMOFORMATURA Legno Resina Metallo 1. Il legno si utilizza per la realizzazione di prototipi previa stuccatura e carteggiatura per eliminare i difetti sul pezzo dovuti alla porosità del legno. 2. Le resine (polimeriche) si prestano per produzioni di piccola serie. Si utilizzano resine epossidiche o poliestere con rinforzo di quarzo o di fibre di vetro e a polveri metalliche per aumentarne la conducibilità termica. 3. Nel caso dei metalli si impiega l alluminio con stampi fabbricati mediante fresatura dal pieno su macchine a cinque assi controllati capaci di sfruttare la tecnologia dell alta velocità (High Speed Cutting) Per grandi stampi il guscio, di pochi millimetri, è realizzato con una lega Zinco Alluminio (ZAMA) e viene rinforzato con resina epossidica caricata con polvere di alluminio e dentro la quale vengono annegati i tubi di condizionamento dello stampo. 18/

19 Stampi per la TERMOFORMATURA Sottosquadri sfiati angoli di sformo I sottosquadri danno problemi solo in caso di pezzi grossi o fragili, in tal caso si impiegano elementi mobili. Gli sfiati necessari nel caso del vuoto si impongono anche in presenza di spigoli Angoli di sformo tipici sono: 0 2 per stampi negativi (femmina) 1-5 per stampi positivi (maschi) 19/

20 Stampi per la TERMOFORMATURA Post - Lavorazioni Rimozioni dei bordi (rifilatura) Si può ottenere mediante: Tranciatura (o fustellatura) nello stampo Tranciatura in macchina Tranciatura in linea La tranciatura nello stampo è pulita (perché non produce polvere ma complica lo stampo, è imprecisa e non è continua ma solo in alcune zone: si completa poi altrove il distacco. La tranciatura in macchina avviene sempre sulla macchina ma in una stazione diversa dallo stampaggio a cui segue poi l impilaggio dei pezzi finiti. Con la tranciatura in linea si ha una elevata cadenza produttiva ed è quindi prevista nel caso di grandi produzioni. Si possono poi utilizzare anche altre tecnologie per il taglio come il LASER e il WATER JET. 20/