Zanim podejmiemy pierwsze próby wykonania zagięcia tworzywa termoplastycznego proponuję trochę teorii która pozwoli uporządkować zagadnienie i ułatwi przygotowania.
Specyfika zaginania termoplastów
Od strony fizycznej proces zaginania różni się od tego z jakim mamy do czynienia w przypadku metali (blach). Tworzywa sztuczne, tzw. termoplasty, w większości wymagają wstępnego zagrzania materiału w linii zagięcia. Dzięki takiemu zabiegowi uzyskują plastyczność która sprawia, że samo zaginanie jest już bardzo łatwe i nie wymaga użycia dużych sił, a co za tym idzie masywnych urządzeń. Jednak samo zagrzanie materiału już takie łatwe nie jest i wymaga odpowiedniego urządzenia.
Idealne urządzenie powinno zapewnić możliwie jak największą długość linii zagięcia, możliwość zaginania tworzyw cienkich i grubych a także, ze względu na różnice we własnościach poszczególnych termoplastów, regulowaną temperaturę nagrzewu wraz automatyką jej kontroli a także, wykonać operację samego zaginania.
Oczywiście spełnienie wszystkich tych warunków może okazać się bardzo kosztowne ale przecież w praktyce nigdy nie chodzi o zaginanie dla samego zagięcia. Np. wykonując niewielkie obudowy do urządzeń elektronicznych nie będziemy nigdy potrzebować maszyn do zaginania bardzo długich odcinków czy bardzo grubych tworzyw. Produkcja niewielkich serii detali gdzie nie jest wymagana najwyższa powtarzalność wszelkich parametrów zagięcia nie będzie wymagać ponoszenia dużych kosztów urządzeń w pełni zautomatyzowanych – także w mechanice wykonywania zagięcia. W takich przypadkach do naszych prac zupełnie wystarczy urządzenie o znacznie skromniejszych możliwościach.
Postaram się poniżej omówić najważniejsze parametry związane z zagrzewaniem poprzedzającym gięcie termoplastów.
1. Długość zagięcia.
Tu sprawa jest prosta - im dłuższy arkusz tworzywa chcemy zagiąć, tym dłuższa musi być linia nagrzewu. Dobrze jest tu mieć nawet niewielką rezerwę, bo przy tradycyjnym nagrzewaniu konwekcyjnym (grzałką), z reguły występuje problem wolniejszego nagrzewania się krańców formatki.
Niestety, im dłuższy arkusz, tym większe problemy przy nagrzewaniu. Arkusze tworzyw termoplastycznych "pracują" podczas podgrzewania co przejawia się tendencją do wyginania i deformacji. Trzeba temu przeciwdziałać mocując materiał, ponieważ odkształcenia powodują nierównomierność dalszego nagrzewania co jeszcze pogorszy sytuację.
2. Szerokość zagięcia (promień)
Z tym parametrem będzie związany promień łuku w zagiętym tworzywie - im większy promień chcemy uzyskać tym większą szerokość nagrzewu trzeba zastosować. W praktyce, urządzeniami nagrzewającymi tworzywa w linii, wykonywać można tylko małe promienie łuków, chcąc formować tworzywa na znacznym obszarze należałoby już stosować metodę podgrzewania całości tworzywa, np. w kąpielach olejowych lub wodnych i stosowania precyzyjnych form. Ta metoda wykracza jednak poza zakres omawianego tu zaginania, dlatego nie będę szczegółowo jej omawiał.
Przy zaginaniu zazwyczaj pożądany jest jak najmniejszy promień zagięcia i chcąc go uzyskać powinniśmy nagrzewać jak najmniejszą szerokość tworzywa. Jednak nie można przekroczyć pewnych granicznych wielkości związanych z grubością zaginanego tworzywa. Całkowicie bezpiecznym dla jakości przyszłego zagięcia rozwiązaniem jest stosowanie przelicznika - grubość materiału x 5. Np PMMA o grubości 10 mm należy zagrzać na szerokości 50 mm. Przy właściwej temperaturze, odpowiedniej dla danego materiału, uzyskuje się wtedy zagięcia stabilne i pozbawione wewnętrznych naprężeń i bez ubytków grubości.
Stosowanie opisanego przelicznika ma jednak także mankamenty które poniżej wymienię:
- wspomniany już nie zawsze pożądany dość duży promień łuku
- konieczność budowy oprzyrządowania ustalającego kąt zagięcia - obrazowo: zagięcie przypomina dość luźny zawias np dwie sztywne formatki połączone dość szerokim pasem tkaniny. W takim wypadku trzeba precyzyjnie ustalić właściwe położenie obu części względem siebie zanim zagięcie straci swą plastyczność.
- konieczność posiadania urządzenia z szerokim zakresem regulacji szerokości nagrzewu.
Szczególnie ostatni parametr jest powodem dla którego szerokość nagrzewu bywa ustalana jako parametr stały będący kompromisem pomiędzy skrajnymi wartościami grubości materiałów. Np. szerokość podgrzewania równa 1 cm pozwoli na prawidłowe wykonanie zagięcia w tworzywach o grubościach od 3 do 10 mm.
Przy nagrzewaniu konwekcyjnym gorącym powietrzem, zagrzewanie grubszych materiałów można dość łatwo osiągnąć zwiększając odległość arkusza od grzałki a przy materiałach cieńszych stosując dodatkowe przysłony bądź nakładki do gięcia metalową krawędzią.
3. Temperatura i czas nagrzewania
Te parametry są ściśle związane z właściwością poszczególnych termoplastów. Generalnie wszystkie termoplasty miękną już po przekroczeniu temperatury ok. 80°C osiągając pełną plastyczność potrzebną do zagięcia w przedziale 120 - 180°C. Powyżej 190°C następuje szybka degradacja większości tworzyw termoplastycznych. Ze względu na dużą ilość wypełniaczy i modyfikacji mających wpływ na ostateczne właściwości tworzyw trudno jest podać precyzyjne wartości temperatury nagrzewu oraz czasów dla poszczególnych tworzyw.
Spośród wszystkich cech materiałów termoplastycznych, wpływ na omawiane parametry będą miały:
– przedział temperatury mięknięcia,
– przewodność cieplna.
Często jedynie doświadczalnie będzie można dobrać te parametry tak, by osiągnąć właściwe rezultaty.
4. Sposób nagrzewania
Żeby nagrzać tworzywo w linii gięcia trzeba dostarczyć ciepło. Można to zrobić na wiele sposobów:
- promiennik podczerwieni: charakteryzuje go kierunkowość emisji i duża wydajność dzięki czemu da się osiągnąć duża precyzję. Temperatura do tworzywa jest dostarczana za pomocą promieniowania elektromagnetycznego (podczerwonego). Wadą promienników jest dość trudna kontrola temperatury.
- konwekcja cieplna: w tym wypadku ciepło z rozgrzanego źródła (np. grzałki elektrycznej) przekazywane jest w pożądane miejsce za pomocą ruchu rozgrzanego powietrza. Konwekcja jest skuteczna jedynie gdy podgrzewany materiał jest nad grzałką.
- podgrzewanie za pośrednictwem innych materiałów: najczęściej metali, ale mogą to być także materiały inne, np. ceramiczne. Zaletą jest duża precyzja grzanego obszaru i możliwość uzyskiwania bardzo małych promieni łuków w bardzo cienkich materiałach, wadą natomiast bezpośredni kontakt podgrzewanego elementu z tworzywem powodujący często brzydki wygląd zagięcia w materiałach przezroczystych.
Inne metody gięcia
W przypadku niektórych termoplastów możliwe jest uzyskanie zagięcia bez podgrzewania, podobnie ja w przypadku blach, na krawędziarce. Takim materiałem jest np. PC (poliwęglan). W takim przypadku jednak zagięcie nie jest wystarczająco stabilne, tzn. trudno jest otrzymać zaplanowany kąt zagięcia z powodu częściowej "pamięci" zaginanego tworzywa. Podobnie możemy zaginać PVC lite (twarde) w cienkich arkuszach (1 - 2 mm), w obydwu jednak przypadkach może dojść do przełamania tworzywa.
Źródło: Terva