CC BY
38
УДК 678 (67.05)
Н. В. Осадчий, Н.М. Шулепко, А.Е. Шерышев, М.А. Шерышев
Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского -МАТИ, Москва, Россия
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
МЕТОД КОНТРОЛЯ И КОРРЕКЦИИ ФОРМЫ ИЗДЕЛИЙ В ПРОЦЕССЕ СВОБОДНОГО ТЕРМОФОРМОВАНИЯ
Исследовались изменения в геометрии заготовок в процессе свободного термоформования осесимметричных изделий и возможность устранения дефектов непосредственно в ходе процесса формования.
The changes in intermediate products geometry during process of free thermoforming of axisymme-tric articles were studied. The possibility of defects elimination during the process was also studied.
Свободное формование происходит без соприкосновения материала заготовки с формующим инструментом. Чаще всего последний просто отсутствует. Его заменяет специальная рама (пройма), которая наряду с величиной перепада давления и определяет конфигурацию будущего изделия. При свободном формовании заготовка закрепляется в пройме установленной над вакуумной или пневматической камерой, нагревается и затем формуется, не касаясь, однако, стенок камеры. При этом деформация заготовки продолжается до тех пор, пока не наступит равновесие между действующим на лист усилием формования и напряжением, возникающим при этом в самом термопласте. Если равенство напряженного состояния не наступает, то деформация заготовки будет продолжаться вплоть до разрыва формуемого листа.
Недостатки метода свободного формования - ограниченные возможности выбора конфигурации изделия, высокие требования к равномерности нагрева термопласта и толщине исходной заготовки. Несоблюдение этих требований приводит к неравномерной вытяжке и, следовательно, к неправильной форме готового изделия.
Метод свободного формования применяют, как правило, для производства изделий с хорошими оптическими свойствами. Высокие оптические свойства изделий объясняются тем, что нагретая заготовка не входит в контакт с холодным формующим инструментом, ведь в случае такого контакта, вследствие плохой теплопроводности полимера, по толщине заготовки возникает большой перепад температур, что приводит, в свою очередь, к образованию в слое, коснувшемся холодного инструмента, значительных остаточных напряжений. Эти напряжения способствуют образованию сетки микроскопических трещин, снижающих оптические свойства материала.
На практике при производстве изделий методом свободного термоформования возникает целый ряд причин, вызывающих отклонение формы готового изделия от требуемых геометрических параметров. К причинам, вызывающим подобные отклонения, относятся, во-первых, практически неизбежное наличие тех или иных микродефектов в исходных листовых заготовках. Эти дефекты уменьшают либо увеличивают в локальных областях заготовки модуль упругости при растяжении, что в свою очередь вызывает нарушение формы готового изделия. Второй важной причиной является невозможность на промышленных установках (особенно при производстве крупногабаритных изделий) создания при нагреве заготовок равномерного температурного поля. Еще одна причина - возникновение турбулентных потоков воздуха, практически неизбежно возникающих в процессе создания формующего давления. Особенно существенно последняя причина сказывается при производстве крупногабаритных изделий методом пневматического термоформования.
Имеется ряд работ, в которых предлагаются математические методы определения геометрии заготовки в каждый момент ее формоизменения от плоскости до объемного изделия. При этом рассматриваются четыре этапа формования. На первом этапе происходит прогиб нагретой до температуры высокоэластического состояния заготовки [1]. На втором этапе под действием распределенного пневматического давления заготовка начинает формоваться, при этом ее образующая принимает форму цепной линии. Третий этап является переходным, на котором цепная линия постепенно преобразуется в дугу окружности. И, наконец, на четвертом этапе формования, на котором заготовка постепенно превращается в полусферу, образующая формуемой заготовки является дугой окружности [2].Варианты вытяжки заготовки на глубину, превышающую половину диаметра проймы не рассматривались.
Однако надо иметь в виду, что все предложенные математические описания не учитывают причин, влияющих на спонтанное нарушение геометрии изделия и последствий, вызываемых этими нарушениями.
Для отслеживания в непрерывном режиме изменений, происходящих с геометрией заготовки в процессе ее формования и охлаждения готового изделия, был спроектирован, изготовлен и испытан в работе контрольно-измерительный комплекс, состоящий из группы когерентных источников света, нескольких видеокамер, размещенных на подвижной каретке, и электронно-вычислительного блока.
Когерентные источники света представляют собой лазерные диоды, излучение которых концентрируется при помощи коллиматора, тем самым
формируя узкий лазерный луч. Питание светодиодов осуществляется от источника постоянного электрического тока через переменное сопротивление, позволяющее изменять яркость свечения светодиодов.
Сканирующее устройство состоит из пяти видеокамер, в данном случае фирмы а4tech марки PK-836MJ с максимальной частотой передачи изображений15 кадров в секунду; каждая из которых соединена с электронно-вычислительным блоком, который был реализован в виде цифровой вычислительной машины типа IBM PC. Основные характеристики этого блока приведены в табл. 1.
Табл. 1. Основные характеристики электронно-вычислительного блока
Наименование показателя Размерность Значение
Тактовая частота процессора ГГц 2,5
Количество вычислительных ядер шт. 4
Оперативная память МБ 4048
Поддержка сети Fast Ethernet
Архитектура Intel x86-64
Устройство ввода- вывода данных USB 2.0
Видеокарта NVidia GeForce 250
Для проведения экспериментальных работ сконструирован и изготовлен инструмент, представляющий собой стальной полый металлический цилиндр с внутренним диаметром 74 мм и высотой 60 мм, к которому с двух сторон приварены фланцы. Нижний фланец устанавливался на рабочий стол формовочной машины, а верхний фланец использовался в качестве нижней части зажимной проймы. Верхняя зажимная часть проймы была выполнена съемной и уплотнялась при закреплении заготовки резиновыми прокладками. Усилие прижатия проймы к столу машины осуществлялось за счет собственного веса формы.
Непосредственно после нагрева заготовки и удаления нагревателя каретка устанавливалась над формуемой заготовкой. При этом ее положение жестко фиксировалось таким образом, чтобы центр заготовки совпадал с центром каретки. Следы от лучей когерентных источников света образовывают на стороне заготовки, обращенной к каретке, совокупность точек, вид которых фиксируется видеокамерами и передаётся на электронно-вычислительный блок.
Сразу после создания над заготовкой избыточного давления она начинала деформироваться и след луча каждого из когерентных источников света, во-первых, изменял свое положение относительно формуемой заготовки, а, во-вторых, изменял свою площадь и конфигурацию. Видеокамеры в режиме реального времени фиксировали произошедшие изменения и пе-
редавали полученную информацию на электронно-вычислительный блок, на котором было установлено специализированное программное обеспечение, позволяющее обработать получаемую с видеокамер информацию и преобразовать ее в изменяющуюся таблицу расстояний от каждой камеры до соответствующей точки на заготовке. Эта информация хранится в оперативной памяти и может быть либо записываться на жесткий диск, либо обрабатываться требуемым образом по мере поступления данных.
Специализированное программное обеспечение было выполнено так, что позволяло обрабатывать задачи по получению и анализу информации с видеокамер в несколько независимых, параллельных потоках высшего приоритета. Для уменьшения задержки между получением кадров и выдачей результата для обработки входной информации может использоваться более одного вычислительного блока. Такой подход дает возможность масштабировать полученную систему и увеличить количество опорных точек при переходе от экспериментальной модели к крупногабаритным формуемым изделиям с повышенной точностью, что расширяет границы применения метода свободного термоформования изделий с повышенными требованиями к точности изготовления.
Реализованные в программе алгоритмы позволяют использовать различные типы видеокамер. В отличие от традиционного подхода определения расстояния между видеокамерами и световыми пятнами на поверхности формуемой заготовки, имеющего проблемы определения границы перехода между световым пятном и неосвещенной частью заготовки, предложен вероятностный алгоритм выявления световых пятен от когерентных источников света, позволяющий более точно фиксировать координаты светового пятна. Это, в конечном итоге, позволило существенно уменьшить ошибку при определении указанного выше расстояния.
Другим преимуществом используемых в программном обеспечении алгоритмов является то, что для каждой из используемых видеокамер, при помощи дополнительной программы, строится зависимость поведения световых пятен от фактического расстояния до рабочей поверхности. Это обеспечивает получение более точных геометрических параметров при использовании различных видеокамер, так как подобная процедура учитывает все внутренние искажения изображения в видеокамерах с менее качественными характеристиками; также учитывается характер расположения лазерных диодов непосредственно на готовом контрольно-измерительном устройстве.
Разработанные макет прибора и методика обработки данных позволяют включить их в комплекс по автоматизированному управлению про-
цессом свободного термоформования изделий с повышенными требованиями к точности размеров. В этот комплекс помимо рассмотренных выше функциональных блоков должны быть включены блоки анализа данных и принятия решений, а также блок управления коррекцией геометрических параметров заготовки в процессе ее формования.
Простейшее исполнение блоков анализа данных и принятия решений может быть основано на сравнении в конкретный момент времени полученной информации с измерительных блоков и эталонной математической моделью. При несовпадении заданной модели с полученной информацией принимается решение по коррекции формы заготовки. В этом случае блок коррекции формы заготовок управляет клапанами подачи дополнительного импульса давления в соответствующие области заготовки.
Библиографический список
1. Шерышев М.А. Производство изделий из полимерных листов и пленок. - СПб.: Научные основы и технологии, 2011. - 556 с.
2. Коваленко В.А. Влияние технологических параметров негативного пневмо-вакуумного формования на разнотолщинность получаемых изделий: дис... канд. техн. наук. - М., 2002. - 193 с.
УДК 678.5
Р.И. Сопотов, И.Ю. Горбунова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ МОДИФИКАТОРОВ И РЕЖИМА ОТВЕРЖДЕНИЯ НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ ЭПОКСИАМИННОГО СВЯЗУЮЩЕГО
В настоящей работе исследовали ударную вязкость эпоксиаминной композиции методом Динстата. Данная эксплуатационная характеристика отверждённых композиций зависит от режима отверждения.
In the present work characteristics of curing epoxy-amine systems were studied by Dinstant method. This performance characteristic of curing compositions depend on cure mode.
В настоящее время одним из перспективных направлений при создании композиционных материалов на основе эпоксидного олигомера является их модификация различными линейными термостойкими полимера-
