Технологии контактного формования напыления

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

Факультет технологий управления и гуманитаризации

Кафедра «Организация упаковочного производства»

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

По дисциплине «Технология переработки полимеров»

на тему: «Технологии контактного формования напыления»

 

 

 

 

 

 

                                                             Исполнитель: студентка группы 308320

 

                                                              Руководитель: Карпунин И.И.

 

 

 

Минск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение…………………………………………………………………...............3

1. Напыление…………………………………………………………………..5

    1.1. Напыление металлов………………………………………………….5

    1.2. Технология  напыления металлов……………………………………5

    1.3. Вакуумное напыление………………………………………………..8

2. Контактное формование………………………………………………….11

3. Формование контактного  напыления…………………………………..19

4. Технология контактного  формования напыления…….........................21

Заключение……………………………………………………………………..23

Список используемой литературы…………………………………………...24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Оборудование для переработки  пластических масс служит для преобразования исходного полимерного материала  в изделия с заранее заданными  эксплуатационными характеристиками. Конструирование и изготовление машин и агрегатов для переработки  пластмасс осуществляется на предприятиях различных отраслей машиностроения.

Большинство методов переработки  пластических масс предусматривает  использование процессов формования изделий из полимеров, находящихся в вязкотекучем состоянии - литье под давлением, прессование, экструзия и др. Некоторые процессы основаны на достижении материалом в момент формования высокоэластического состояния - пневмовакуумное формование. В промышленности используются методы формования из растворов и дисперсий полимеров.

Переработка  пластмас включает в себя три основные группы процессов: подготовительные, формующие и завершающие.

Процессы подготовительного  цикла используются для улучшения  технологических свойств перерабатываемого  сырья, а так же для получения  полуфабрикатов и заготовок, используемых в основных методах переработки. К процессам изготовления подготовительного  цикла относятся измельчение, гранулирование, сушка, таблетирование, предварительный  подогрев.

Формующие процессы — это процессы переработки, с помощью которых осуществляется изготовление пластмассовых изделий. Можно выделить две группы этих процессов непрерывные (экструзия, каландрование) и периодические литье под давлением, пневмоформование вакуумное, раздувное формование, напыление, прессование, и ряд других. Изготовление изделий из стеклопластиков осуществляется методами разнообразными по апппаратурно-технологическому оформлению. Технологический процесс изготовления изделий из стеклопластиков состоит из следующих операций: подготовка связующего и наполнителя; совмещение связующего и наполнителя; формование изделия.

Завершающие методы предназначены для придания готовым изделиям определенного внешнего вида, создания неразъемного соединения отдельных элементов пластмассового изделия. К ним относятся процессы механической обработки изготавливаемых изделий, окрашивание и металлизация их поверхности, сварка и склеивание отдельных частей.

Каждый из методов переработки  осуществляется на том или ином оборудование. Кроме основного оборудования в  перерабатывающих производствах используется вспомогательное типовое оборудование для транспортировки, расфасовки, хранения и складирования.

По назначению все многообразие машин можно разделить на три группы, соответствующих трём основным стадиям процессов. Это оборудование подготовительного цикла, к которому относятся устройства для приемки, транспортирования и хранения сырья, различного вида дозаторы, смесительное оборудование, оборудование для измельчения сырья и отходов. Основное формующее оборудование, к которому относятся все виды машин и агрегатов, предназначенных для формования изделий - это агрегаты на базе червячных прессов, литьевые машины, машины для термоформования листовых и пленочных заготовок, аппараты для напыления, гидропрессы, оборудование для изготовления изделий из стеклопластиков. Завершающее оборудование — это различные станки для механической обработки пластмассовых деталей, машин для сварки, аппараты для окрашивания нанесения печати и металлизации пластмассовых изделий.

Основное требование, предъявляемое  ко всем видам оборудования это обеспечение  получения продукции отличного  качества при высокой производительности.

 

 

1. Напыление

 

Напыление — нанесение слоя из мелких частиц вещества на поверхность материалов и изделий защитных или декоративных целях.      

Существует пять типов  напыления:

1. Газопламенное напыление.
2. Газотермическое напыление.
3. Детонационное напыление.
4. Напыление с оплавлением.
5. Плазменное напыление.

 

1.1. Напыление металлов

 

При напылении расплавленные  по всему объёму или по поверхности  частицы материала будущего покрытия направляются на поверхность нагретой заготовки. При соударении с поверхностью частица деформируется, обеспечивая хороший физический контакт с деталью. Характер взаимодействия частицы с материалом подложки, последующая кристаллизация частиц определяет качество адгезии покрытия с подложкой. Последующие слои формируются уже за счёт связей частиц друг с другом, имеют чешуйчатое строение и существенно неоднородны.

 

1.2. Технология  напыления металлов

В основе технологии по нанесению  металлических порошков на поверхность  деталей и изделий с образованием металлического покрытия требуемого свойства, реализуемой оборудованием ДИМЕТ®, лежит процесс газодинамического напыления металлов.

В 80-х годах 20-го века был  открыт эффект закрепления твёрдых  частиц 

 при соударении с  поверхностью, если частицы разгоняются  до сверхзвуковой скорости. Данный эффект послужил основой для разработки технологии газодинамического напыления металлов, и в дальнейшем серийного выпуска "Обнинским центром порошкового напыления" аппаратов ДИМЕТ®.

Технология  нанесения металлических покрытий включает в себя нагрев сжатого газа (воздуха), подачу его в сверхзвуковое сопло и формирование в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого изделия (Рис.1).

 

Рис.1. Базовые элементы технологии

 

В качестве порошковых материалов используются порошки металлов, сплавов  или их механические смеси с керамическими  порошками. При этом путем изменения  режимов работы оборудования можно  либо проводить эрозионную обработку  поверхности изделия, либо наносить металлические покрытия требуемых  составов. Изменением режимов можно  также менять пористость и толщину  напыляемого покрытия (Рис.2).

 

Рис.2. Особенности технологии

 

 

 В наиболее распространенных газотермических методах нанесения покрытий для формирования покрытий из потока частиц необходимо, чтобы падающие на подложку частицы имели высокую температуру, обычно выше температуры плавления материала.

В газодинамической технологии напыления (которую на практике удобно называть "наращиванием" металла), это условие не является обязательным, что и обуславливает ее уникальность. В данном случае с твердой подложкой  взаимодействуют частицы, находящиеся  в нерасплавленном состоянии, но обладающие очень высокой скоростью. Ускорение частиц до нужных скоростей  осуществляется сверхзвуковым воздушным  потоком с помощью разработанных  в ООО "ОЦПН" оригинальных установок серии ДИМЕТ®, не имеющих аналогов в традиционных методах нанесения покрытий.

Сам способ формирования металлических  покрытий оборудованием ДИМЕТ® заключается  в газодинамическом методе, т.е. закрепление  твердых металлических частиц, обладающих большой кинетической энергией, на поверхность подложки в процессе высокоскоростного удара.

Привлекательность технологии нанесения металла на поверхность  деталей и изделий газодинамическим методом состоит в том, что  оборудование и создаваемые с  его помощью покрытия свободны от большинства недостатков, присущих другим методам нанесения металлических покрытий, и обладают рядом технологических, экономических и экологических преимуществ.

 

1.3. Вакуумное напыление

 

Вакуумное напыление — перенос частиц напыляемого вещества от источника (места его перевода в газовую фазу) к поверхности детали осуществляется по прямолинейным траекториям при вакууме 10-2 Па и ниже (вакуумное испарение) и путем диффузионного и конвективного переноса в плазме при давлениях 1 Па (катодное распыление) и 10-1-10-2 Па (магнетронное и ионно-плазменное распыление). Судьба каждой из частиц напыляемого вещества при соударении с поверхностью детали зависит от ее энергии, температуры поверхности и химического сродства материалов пленки и детали. Атомы или молекулы, достигшие поверхности, могут либо отразиться от нее, либо адсорбироваться и через некоторое время покинуть ее (десорбция), либо адсорбироваться и образовывать на поверхности конденсат (конденсация). При высоких энергиях частиц, большой температуре поверхности и малом химическом сродстве частица отражается поверхностью.

Напыление вакуумное  основано на создании  направленного потока частиц (атомов, молекул или кластеров) наносимого материала на поверхность  изделий и их конденсации. Процесс включает несколько стадий: переход напыляемого вещества или материала из конденсирированной фазы в газовую, перенос молекул газовой фазы к поверхности изделия, конденсацию их на поверхность, образование и рост зародышей, формирование пленки.

Обычно установка для  вакуумного напыления включает следующие  узлы:

• рабочую камеру, в которой осуществляется напыление пленок;
• источники испаряемых или распыляемых материалов с системами их энергопитания и устройствами управления;
• откачную и газораспределительную системы, обеспечивающие получение необходимого вакуума и организацию газовых потоков (состоят из насосов, натекателей, клапанов, ловушек, фланцев и крышек, ср-в измерения вакуума и скоростей газовых потоков);
• систему электропитания и блокировки всех устройств и рабочих узлов установки;
• систему контроля и управления установкой вакуумного напыления, обеспечивающую заданные скорость напыления, толщину пленок, температуру поверхности деталей, температуру отжига, физические свойства пленок (содержит набор датчиков, связанных через управляющую микропроцессорную ЭВМ с исполнительными механизмами и устройствами вывода информации);
• транспортирующие устройства, обеспечивающие ввод и вывод деталей в рабочую камеру, точное размещение их на постах напыления и перевод из одной позиции напыления на другую при создании многослойной системы пленок;
• систему вспомогательных устройств и технологическую оснастку (состоят из внутрикамерных экранов, заслонок, манипуляторов, гидро- и пневмоприводов, устройств очистки газов).

 

Технологии вакуумного напыления являются чрезвычайно энергозатратными, и во многих странах превращаются в нишевой продукт. Многие компании заменяют вакуумное напыление на более производительное и менее затратное атмосферное плазменное напыление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Контактное формование

Наиболее простым по аппаратурно-технологическому оформлению способом получения полимерных композиционных материалов продолжает оставаться контактное формование, которое применяется для изготовления крупногабаритных малонагруженных деталей сложной конфигурации: коробчатых кожухов механизмов, баков, корпусов и других элементов лодок, катеров и др. Контактное формование изделий в открытых формах осуществляют в основном двумя методами – ручной укладкой и напылением. Технология ручной укладки включает следующие основные операции:

• нанесение разделительных покрытий на формы;
• раскрой тканых или нетканых армирующих материалов;
• приготовление связующего;
• укладка армирующего материала на форму;
• нанесение на армирующий материал связующего и пропитка им арматуры;
• отверждение связующего при комнатной температуре или при нагревании до 70-95°С;
• извлечение изделия из формы и его механическая обработка согласно требованиям чертежа;
• контроль качества изделия.

Метод формования напылением отличается от описанного тем, что волокнистая  арматура (стекловолокно, базальтовое  волокно, углеволокно) в виде бесконечного ровинга рубится на короткие отрезки — штапельки — и доставляется в форму одновременно со смесью соответствующей смолы и катализатора. Варьирование соотношения смолы и наполнителя, вида армирующего материала и системы его укладки, типа смолы и ее наполнителей позволяет в широких пределах изменять свойства получаемых композиционных пластиков, поскольку структура и свойства композита, да и само изделие формообразуется в процессе его получения.

При конструировании деталей  необходимо располагать данными  о напряжениях, которые они будут  испытывать в процессе хранения и  эксплуатации, что позволяет определить необходимые прочностные характеристики применяемого материала.