Гибка оргстекла при помощи станка: описание процесса и преимущества

Гибка оргстекла — описание процесса

Существует несколько методов для придания нужной формы данному материалу, и для каждого из них будут нужны свои инструменты и приспособления. Далее – о каждом из этих способов и о подготовительных операциях (являющихся общими).

Технология

Перед обработкой акриловое стекло должно быть хорошо очищено, без использования абразивов и агрессивных химических препаратов. Допустимо лишь применение бензина (керосина) для устранения масляных пятен, если таковые имеются. Ацетон и прочие растворители могут испортить материал, поэтому их не используют.
Затем желательно высушить листы оргстекла – чем толще оно, тем дольше придется это делать. На один миллиметр толщины уходит полтора часа (в среднем). Температура должна быть порядка 80 градусов. Особенно важна тщательная просушка в том случае, когда листы оргстекла хранились во влажных условиях.

Теперь осталось хорошо зафиксировать подготовленный лист, а дальше воспользоваться одним из перечисленных ниже способов. Большинство из них предполагает нагревание сгибаемой поверхности, но есть и холодный способ.

Холодная гибка

Акриловое стекло настолько пластично, что и без нагрева может поддаваться изгибанию. Но радиус при этом не должен быть слишком маленьким. Минимум – толщина листа, умноженная на 230. Поэтому холодный метод имеет ограниченное применение – например, сложные изделия небольшого размера с его помощью не сделать. Даже обычные уголки.

Термогибка

В этом случае происходит локальный нагрев того места, где расположен будущий сгиб. Меняя ширину этого места, возможно регулировать угол сгибания. В качестве источника тепла можно пользоваться:

• строительным феном (направляя его струю не поперек, а вдоль сгиба);
• раскаленной нихромовой проволокой (струной);
• специальным станком — термодизайнером.

Есть еще один способ, называемый молированием. Он заключается в нагреве всей поверхности листа (который должен быть не толще 10 сантиметров). Однако это обходится слишком дорого, поэтому применяется редко.

Как правильно сгибать материал?

Нагревание только с одной стороны допустимо лишь при толщине оргстекла до пяти или шести миллиметров. Если же оно толще, то придется греть с каждой стороны по очереди. Впрочем, у станков обычно имеется возможность двустороннего нагревания – это весьма удобно.

Общее замечание: ширина нагреваемой зоны не должна быть меньше, чем утроенная толщина акрилового листа. При этом лист гнется не в ту сторону, откуда идет тепло, а в противоположную.

Важно и равномерное охлаждение материала – оно должно происходить не очень быстро. Как правило, понадобится две трети от того времени, которое ушло на нагревание. Температура остывшего акрила будет составлять 60 или 70 градусов.

Гибка по радиусу

Данный метод применим тогда, когда требуется поработать с большими листами. Для этого согласно нужному радиусу изгиба подбирают металлическую трубу. На ней не должно быть следов ржавчины или краски. Эту трубу крепко фиксируют, а затем греют до высокой температуры (от 90 до 100 градусов).
Лист оргстекла, обработанный раствором соды, крепится к трубе с помощью зажимов и оборачивается вокруг нее. Таким образом изделие приобретает нужную форму, закрепленную после остывания.

Температурный режим

Стоит помнить, что существует два вида акрилового стекла, отличающиеся по методу изготовления. Это экструзионное и литьевое оргстекло. У последнего формовочная температура выше – от 150 до 170 градусов. У экструзионного материала она колеблется в пределах 150-155 градусов. Поэтому перед работой нужно уточнить тип оргстекла.

Соответственно, наша задача – разогреть материал именно до этих температурных значений. Перегревать нельзя ни в коем случае – иначе вместо сгиба получим бесформенную расплавленную массу. Следует рассматривать диапазон от 140 до 160 градусов – так советуют специалисты. При этом придется приложить минимум физической силы.

Кондукторы для гибки

Литой акрил (PMMA) Нагревательные элементы — все типы. Предварительная сушка — не требуется. Эластичность 120 — 200°С. Пластичность 200 — 205°С. Экструдированный акрил (PMMA) Нагревательные элементы — все типы. Предварительная сушка — не требуется. Края заготовки могут растягиваться и разбухать, ухудшая внешний вид изделия. При контактном методе прогрева нагревательные элементы могут оставлять следы в местах соприкосновения с заготовкой. Эластичность 120 — 140°С. Пластичность 140 — 215°С

АБС (AcrylonitrileButadieneStyrene) Нагревательные элементы — все типы. Предварительная сушка — не требуется. Температура формовки имеет достаточно низкий порог, а время прогрева очень небольшое. Эластичность 100 — 130°С. Пластичность 130 — 160°С.

ПЭТГ (Polyethylene Terephthalate Glycol) Нагревательные элементы — все типы. Предварительная сушка — не требуется. Имеет небольшое температурное окно эластичности, при этом PETG легко гнется с хорошим эстетическим результатом. Эластичность 80 — 120°С. Пластичность 120 — 170°С.

Поликарбонат (PC) Нагревательные элементы — горячая струна. Требуется предварительная сушка. 2х-сторонний прогрев требуется для толщин, больше 3 мм. Края детали при нагреве могут оплавляться. Эластичность 180 — 190°С. Пластичность 190 — 230°С.

Полистирол (PS) Нагревательные элементы — все типы. Предварительная сушка — не требуется. Очень маленькое температурное окно эластичности требует осторожности при прогреве и усложняет процесс гибки. Однако гнется материал достаточно легко. Эластичность 95 — 100°С. Пластичность 100 — 150°С.

ПВХ (Poly Vinyl Chloride) Нагревательные элементы — все типы. Предварительная сушка — не требуется. Гибкая натура материала делает его защищенным от температурных стрессов. Эластичность 95 — 160°С. Пластичность 160 — 170°С.

Полипропилен (PP) Нагревательные элементы — горячая струна. Предварительная сушка — не требуется. Материал имеет особенные свойства. При прогреве не на всю толщину, оставив примерно 1 мм. не прогретым, можно получить очень хороший результат. Сгибание должно быть обратным, т.е. горячей стороной внутрь. При этом на внутренней поверхности сгиба появится валик из расплавленного материала, работающий как сварка. Так же можно сделать вдоль линии сгиба V-образный паз. После нагрева и сгибания стенки паза сварятся вместе. В этом случае важен равномерный прогрев вдоль всего паза. Эластичность 165 — 175°С. Пластичность 175 — 215°С.

Полиэтилен (PE) Нагревательные элементы — горячая струна. Предварительная сушка — не требуется. Гибка происходит легко, однако контактная гибка дает следы от нагревательных элементов. Эластичность 100 — 110°С. Пластичность 110 — 205°С.

Струна для гибки

Такой метод достаточно часто используют, когда нужно изготовить, к примеру, стойки, подставки, ценники, различные кармашки для рекламных стендов и стоек, горки и витрины. То есть предполагается получить углы с ровными гранями.

Туго натянутая струна из нихрома подключается к источнику электропитания, который можно регулировать. Расчет такой – на 1,2 метра проволоки нужно около одного киловатта мощности. Раскаляясь докрасна, проволока передает свое тепло линии сгиба. Лист акрила в этом месте моментально становится пластичным. Его гнут на необходимый угол, а затем фиксируют до остывания.

Работая со струной, важно не перегреть материал и не допустить, чтобы дым пошел. А то края листа с торца оплавятся, а внутри изделия окажутся пузырьки. И еще: здесь крайне важно, чтобы материал был сухим (опять-таки чтобы пузырьков избежать)

Недостатки метода

При нагреве струна, расширяясь, может начать слегка провисать. Из-за этого меняется ее расстояние до обрабатываемого материала – так и брак можно допустить. Приходится что-то придумывать, например, вешать дополнительный груз.

Так называемый эффект «сабли» может появиться при работе с экструзионным оргстеклом. Для струнного метода важно, в каком направлении сгибается лист – поперек или вдоль экструзионной линии. В последнем случае может возникнуть усадка.

Кроме того, при применении струны иногда можно получить изделие с дефектами:

• Если внутренняя сторона листа была недостаточно прогрета, то изгиб получается не плавным, а ступенчатым. Это происходит из-за резкого перепада температур разогретой и неразогретой зон. Приходится уменьшать мощность блока питания и греть дольше.
• Проволока, долго используемая, выгорает в некоторых местах. Из-за неравномерной толщины и нагрев становится неравномерным. Результат – получение дуги вдоль линии изгиба. Такой же дефект может образоваться из-за неравномерного наклона струны или из-за ее провисания.

Для самого простого метода, чтобы согнуть акрил на струне. По линии заготовки из акрилового оргстекла нагреваются вдоль узкой прямой зоны с помощью раскаленной натянутой проволоки, затем сгибаются на требуемый угол и выдерживаются в таком согнутом положении, пока полностью не остынут. Нагреватель располагается на определенном расстоянии от поверхности листа, так чтобы образуемая ширина зоны нагрева соответствовала толщине листа. Оптимальная ширина зоны нагрева должна составлять не менее трех толщин листа. Обычно односторонний линейный нагреватель применяется для толщин меньше или равных 5 мм. При большей толщине акрила используется два нагревателя с обеих сторон или лист после разогрева одной стороны переворачивается на другую. Сторона, которая разогревается последней, должна быть на выпуклой части при гибке акрила.

Натянутая нихромовая проволока при прохождении тока разогревается докрасна. Тепло от проволоки передается акриловому листу, который за доли минуты разогревается до температуры пластичности. Если температура листа становится слишком большой (идет дым), то возможно появление пузырьков в разогретой зоне и оплавление торцевых краев листа.

После достижения температуры размягчения акрила лист можно легко согнуть на нужный угол, зафиксировать его на некоторое время в неподвижном состоянии, пока лист не остынет. Особенности гибки на струне

Как вы думаете, имеет ли значение как согнуть акрил на струне, относительно какого направления листа, т.е. вдоль или поперек экструзии, следует располагать линию изгиба? Многие вообще не обращали внимание на этот нюанс и недоумевали, почему иногда возникает эффект сабли на одних заготовках, а на других — нет, несмотря на то, что они были вырезаны из одного и того же листа акрила. Давно замечено, что из-за усадки материала при нагреве очень сложно согнуть узкий борт (до 3 см), особенно вдоль направления экструзии акрила на большой длине. В этом случае линия сгиба остается дугообразной. Если лист из литого акрила, то разницы нет, относительно какого направления производить изгибание. А если из экструдированного листа, то отличие есть и довольно значительное. При нагреве на струне холодные боковые части акрила удерживают узкую нагретую полоску посредине и поэтому она из-за сильного градиента температуры и усадки приобретает сильное внутреннее напряжение. Когда линия ребра детали располагается вдоль экструзии, получают довольно сильно напряженный участок.

При достаточно длинном ребре с очень узкой зоной разогрева иногда возникают трещины. Растрескивание может проявиться не сразу после остывания, а со временем. В поперечном направлении гибки относительно направления экструзии внутреннее напряжение значительно меньше и трещины (волосные трещины) редко возникают. Величины напряжений в одном и другом случае отличаются в несколько раз и после гибки на струне всегда присутствуют в любом акриловом пластике. При контакте напряженного ребра с некоторыми растворителями могут возникнуть трещины. Это может произойти в последующих процессах, например при склеивании клеем оргстекла на сольвентной основе, попадании растворителя или краски на поверхность участка акрила, подверженного такой гибке.

Рис.1. Эффект «сабли» из-за усадки акрила.

Для снятия напряжения требуется произвести отжиг в печи. Литой акрил более стойкий к растрескиванию и, если предполагается, что контакт с растворителем маловероятен, то отжиг обычно не производят.

Для устранения эффекта сабли нужно уменьшить зону разогрева. Для этого перед гибкой достаточно выфрезеровать V-образный паз по линии изгиба на глубину ½ толщины листа. Инструмент – гравировальная пальчиковая фреза с углом 90-100° или больше в случае углов сгибания больше 90°. После гибки при необходимости паз заполнить полимерным 2-х компонентным акриловым клеем средней или низкой вязкости. Если требуется согнуть длинный и узкий борт, то идеальной гибки добиться трудно. Даже если согнуть широкий борт, а затем лишнее обрезать, все равно эффект сабли остается, хоть и выражен слабее.

Рис.2. Вид согнутого на струне акрила после фрезеровки V-образного паза.

Еще одна неприятность, которая иногда появляется при гибке – это возникновение пузырьков, несмотря на то, что перегрева не происходило. Причина кроется во влаге, накопившейся за время пребывания материала во влажной атмосфере. Перед гибкой на струне рекомендуется произвести сушку акрила, так как влажный материал при быстром нагреве может образовывать пузырьки. Отжиг напряженных изделий

Отжиг акрила предназначен для удаления внутреннего напряжения. При термических видах обработки: термоформовании, гибки на струне, лазерной порезке и газопламенной полировке возникают наиболее сильные напряжения. Для снятия напряжения в листах или изделиях их нагревают в печах до температуры ниже точки размягчения примерно на 20 °C. Выдерживают определенное время, которое зависит от толщины, а затем медленно охлаждают. Слишком быстрое остывание приводит к образованию градиентного распределения температуры от поверхности вглубь листа, что приводит вновь к возникновению напряжения. Скорость остывания акрила после отжига должна быть не более 10 °C в час. Охлаждение производится в той же печи до температуры ниже 60 °C. Характерные дефекты

При гибке возможны несколько видов нарушений, при которых получается изгиб колена неправильной цилиндрической формы.

Рис.3. Гибка акрила на струне типичные дефекты.

Нет плавности изгиба, на колене образуются ступеньки (рис.3а).

Такое происходит на толстых листах из-за недостаточного разогрева внутренней стороны, и резкой зоны между нагретой и холодной частью. Акриловый лист сильно растягивается, что приводит к уменьшению толщины листа на колене. Для устранения дефекта желательно убрать резкие температурные перепады, например, под «холодные части» акрила вблизи зоны нагрева, которые напрямую не нагреваются струной, подложить полосы металла, которые, разогреваясь от струны, передают тепло акрилу. Другой способ — увеличить время нагрева при меньшей мощности, тогда накапливаемое тепло в акриле сможет распространиться более равномерно на ближайшие области.

Невоспроизводимость радиуса вдоль линии изгиба (рис. 3б).

Причина этого кроется в слишком широкой зоне разогрева или перегрев. Возможно также неоднородный нагрев вдоль линии изгиба. И, наконец, сильное и неравномерное давление во время сгибания, особенно, когда лист уже принял нужное положение угла. Этот дефект можно полностью устранить, если сузить зону разогрева и уменьшить температуру. Когда заготовка сгибается и выставляется в формообразующий угол, нет необходимости вдавливать лист в угол. Таким способом нельзя уменьшить радиус, но зато легко можно получить дефект искривления.

Образование выпуклости или складки внутри угла.

Этот дефект происходит, когда разогретая сторона сгибается вовнутрь угла (рис.3в). Должно быть наоборот – нагретая сторона должна сильнее растягиваться по радиусу и поэтому она должна образовывать выпуклую часть сгиба колена.

Образование скошенной фаски на торцах листа в зоне нагрева на внешней стороне колена. Из-за усадки в зоне нагрева акрил сжимается, его габаритный размер по длине изгиба становится меньше, чем в ненагреваемых частях, поэтому на торцевых краях согнутой части образуются скосы от внутреннего угла к наружному (рис.3г). Чаще всего это проявляется на длинных изгибах. Можно избавиться с помощью фрезеровки V-образного паза вдоль линии изгиба и сужения требуемой минимальной зоны нагрева. Помогает расположение заготовки поперек направления экструзии.

Эффект дуги вдоль изгиба на большой длине.

Кроме, выше указанной основной причины – усадки, могут присутствовать другие причины, приводящие к неодинаковой температуре. Неодинаковая температура нагрева вдоль линии изгиба приводит к образованию изменяющегося радиуса вдоль линии изгиба и эффект дуги. Чтобы исключить, это необходимо выполнить следующее:

1) натянуть струну, чтобы не было провисания;

2) заменить старую струну на новую, так как со временем наработки отдельные ее части из-за выгорания становятся более тонкими и сильнее разогреваются;

3) выровнять наклон струны, чтобы она была параллельна плоскости акрила;

4) устранить неоднородность отражения тепла от окружающей оснастки. На одинаковых заготовках разные радиусы загибов при соблюдении «одинаковых режимов нагрева».

Причина 1 – неправильный контроль условий нагрева. Лучше контролировать нагрев не по времени «на глазок», а по хронометру со звуковой подачей сигнала. Кроме того, периодически выключайте нагреватель, так как по мере разогрева окружающей струну оснастки, каждый следующий образец акрила разогревается немного быстрее. Проверьте неоднородность температуры вдоль струны через час-два прогрева, так как тепло может по-разному отражаться частями устройства нагрева под струной.

Причина 2 – неодинаковые условия гибки. Время от окончания нагрева до начала гибки могут сильно отличаться для каждой заготовки. Кроме того, скорость гибки также может влиять на радиус закругления. Старайтесь точно воспроизводить скорость движения загибаемой кромки – быстрый и медленный загиб дают разный радиус.

Причина 3 – неодинаковая ориентация направления экструзии листов относительно струны. При порезке листа на заготовки желательно на каждом куске пометить направление и размещать их одинаковым образом на струне.

Причина 4 — неодинаковое расположение заготовок на формообразующем элементе. Если используется зажимное устройство для листа пластика и форма, на которой производится загиб на нужный угол, следите, чтобы каждый раз лист располагался одинаковым образом. Даже небольшое смещение края согнутой заготовки перпендикулярно линии сгиба на четверть толщины листа дает отличающийся радиус изгиба от предыдущего изделия. Растрескивание пластика в зоне изгиба.

Причина 1 – чрезвычайно сильное напряжение в пластике. Возможно из-за недостаточного разогрева, особенно, если гибка сопровождается слышимым треском. Волосные трещины могут появиться не сразу после процесса, а через некоторое время или при контакте с растворителем.

Причина 2 – слишком малый радиус изгиба. Происходит из-за узкой зоны нагрева. При изгибе акриловый лист сильно растягивается, что приводит к появлению значительного внутреннего напряжения. Для предотвращения этого нежелательного эффекта нужно устранить перечисленные причины, а в случае требования к минимальному радиусу изгиба или необходимости дальнейших технологических операций в контакте с растворителем, изделие нужно отжечь. Следует заметить, что при отжиге напряжений в заготовках из литого акрила, они будут распрямляться. Поэтому необходимо точно контролировать и не превышать температуру 75 °C или же произвести фиксацию изделий во время отжига.

—–

Мы взяли этот материал здесь и считаем его полезным для производства рекламных конструкций.

Теперь вы знаете как согнуть акрил (оргстекло) на струне!

Станок для гибки

Так как у метода сгибания с помощью струны имеется немало недостатков, его решили усовершенствовать. Так были придуманы специальные станки, получившие название термодизайнеров. Они греют лист акрила, сгибают его (по прямой линии), а затем охлаждают. И всё это происходит в автоматическом режиме.

Специальный станок для гибки оргстекла

Краткие характеристики

Эти устройства тоже используют для горячего формования нихромовую нить, но уже не в «голом» виде, а заключенную в колбу из стекла. Они способны обрабатывать листы органического стекла (а также пластика), имеющие толщину от 0,3 до 200 миллиметров. Различные модели предназначены для обработки листов разной ширины – от 0,6 до 2,4 метра.

Привод данного агрегата может быть пневматическим или электромеханическим. Возможно оснащение не одним, а несколькими элементами нагрева, которые можно регулировать, передвигая их на разное расстояние относительно друг друга. А чтобы корпус станка не перегревался, предусмотрено водное охлаждение.

Преимущество гибки при помощи станка

Современные модели термодизайнеров умеют многое. Работая с их помощью, точно не получишь бракованные изделия с «сабельным» эффектом, оплавленными краями или неопрятными пузырьками внутри. Кроме того, эти станки весьма производительны, и позволяют быстро изготовить большое количество нужных деталей. Вручную так не получится.

Термодизайнер имеет ряд преимуществ, а именно:

• Универсален – он может изгибать листы как под любым из углов (от 1 до 179 градусов), так и по кривой.
• Не требует постоянной подстройки (в отличие от струны).
• Может нагревать сгибаемое изделие сразу с двух сторон.
• Удобен и прост в управлении (его можно осуществлять и автоматически, и вручную).
• Оснащен экологичным нагревательным элементом с электронным регулятором, позволяющим точно выставлять температуру.
• Может работать не только с оргстеклом, но и с различными пластиками. Например, с ПВХ, поликарбонатом, РММА.