NL9102127A - Werkwijze voor het warmvormen van een onderdeel uit gelamineerd plaatmateriaal. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR SET WARMVORMEN VAN EEN ONDERDEEL DIT GELAMINEERD PLAATMATERIAAL

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het met behulp van vormgereedschap warmvormen van een onderdeel uit een plaat van gelamineerd plaatmateriaal dat een thermoplastische kunststoflaag tussen twee metaallagen omvat.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het octrooischrift GB-1092715. De bekende werkwijze is een warm vervormingsproces waarbij het gelamineerd plaatmateriaal koud wordt ingebracht in vormgereedschap dat tot boven de verwekingstemperatuur van de kunststoflaag verwarmd is. Volgens de bekende werkwijze wordt het plaatmateriaal met behulp van het tot boven de verwekings temperatuur van de kunststoflaag verwarmde vormgereedschap in circa 15 seconden opgewarmd voordat de definitieve vormgeving plaats heeft. Vervolgens wordt het aldus gevormde produkt in het gereedschap afgekoeld van circa 175 °C tot circa 95 °C. De bekende werkwijze leidt hiermee tot een onaanvaardbaar lange cyclustijd als het gaat om onderdelen voor massaproduktie, bijvoorbeeld in de automobielindustrie. Een ander bezwaar wordt gevormd door het hoge energieverbruik dat optreedt door het gereedschap voor elk te vormen onderdeel telkenmale tot circa 175 °C op te warmen en tot circa 95 °C af te koelen.

Het hoofddoel van de uitvinding is een werkwijze te verschaffen waarmee massavervaardiging van dergelijke onderdelen verwezenlijkt kan worden. Bij dergelijke onderdelen is de maat- en vormvastheid bij verhoogde temperaturen van groot belang zodat een ander doel van de uitvinding is een werkwijze te verschaffen waarbij de gevormde onderdelen vormstabiel zijn bij temperaturen zoals die optreden bij verdere verwerking of bewerking van het onderdeel en gebruik ervan als eindprodukt.

Tenslotte is een doel van de uitvinding het energieverbruik onder handhaving van de noodzakelijke eigenschappen zo ver mogelijk terug te brengen. Daartoe is de werkwijze volgens de uitvinding erdoor gekenmerkt dat het plaatmateriaal direct vóór het in contact komt met het vormgereedschap een temperatuur heeft gelegen tussen de ISO/A temperatuur en de Vicat B temperatuur van de kunststoflaag. Doordat het plaatmateriaal niet door contact met het vormgereedschap behoeft te worden opgewarmd is bereikt dat de cyclustijd aanzienlijk kan worden teruggebracht. Verrassenderwijs is het bij temperaturen in het aangegeven temperatuurtrajeet gevormde onderdeel bovendien vormstabiel bij latere warmtebelasting. Hoe dit opmerkelijke resultaat precies in verband moet worden gebracht met de genoemde materiaalparameters is nog onderwerp van nadere onderzoeken.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is deze erdoor gekenmerkt dat het onderdeel direct na het vormen uit het vormgereedschap wordt genomen. Doordat het onderdeel niet in het vormgereedschap wordt afgekoeld wordt de cyclustijd nog verder teruggebracht en het energieverbruik verminderd.

In een voordelige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is deze erdoor gekenmerkt dat het plaatmateriaal direct vóór het in contact komt met het vormgereedschap een temperatuur heeft nabij de ISO/A temperatuur van de kunststof laag. De ISO/A temperatuur is per definitie lager dan de Vicat B temperatuur, zodat hiermede een verdere energiebesparing wordt gerealiseerd, zonder dat de beoogde gunstige effecten verloren gaan.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding waarbij het vormen met verwarmbaar vormgereedschap geschiedt, is deze erdoor gekenmerkt dat het vormgereedschap tijdens het vormen een temperatuur heeft in de nabijheid van de temperatuur van het plaatmateriaal direct voordat het in contact komt met het vormgereedschap. Deze werkwijze wordt bij voorkeur toegepast voor het vervaardigen van gecompliceerde onderdelen met een hogere vervormingsgraad, om te sterke afkoeling van het plaatmateriaal tegen het vormgereedschap tegen te gaan.

Een volgende uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding waarbij de plaat tijdens vormen althans aan gedeelten van zijn rand met houdmiddelen gehouden wordt, is erdoor gekenmerkt dat de houdmiddelen tijdens het vormen een temperatuur hebben in de nabijheid van de temperatuur van het plaatmateriaal direct voordat dit in contact komt met het vormgereedschap. Dit heeft het bijzondere voordeel dat ook daarlangs geen overmatige afkoeling van het plaatmateriaal zal optreden.

In een bepaalde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is deze er bij voorkeur door gekenmerkt dat als plaatmateriaal wordt ingezet één met metaallagen van aluminium. Gebleken is dat met name aan plaatmateriaal met metaallagen van aluminium een vormgeving volgens de uitgevonden werkwijze tot goede resultaten leidt voor de beoogde toepassingen.

Meer bij voorkeur is de werkwijze volgens de uitvinding erdoor gekenmerkt dat als plaatmateriaal wordt ingezet één met een kunst-stoflaag in hoofdzaak bestaande uit een materiaal gekozen uit de groep gevormd door ABS, PA, PBT, PC, PE, PET en PP en combinaties daarvan. Ook deze keuze blijkt de voor de beoogde toepassingen gewenste eigenschappen positief te beïnvloeden.

Een verrassend goede thermische vormstabiliteit wordt bereikt door een werkwijze toe te passen die gekenmerkt is doordat voor de kunststoflaag kristallijn PP wordt gekozen. De thermische vormstabiliteit van een dergelijk onderdeel gevormd volgens de uitgevonden werkwijze vertoont een opvallend significante verbetering ten opzichte van een vormgeving bij bijvoorbeeld kamertemperatuur.

Een bijzonder doelmatige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt dat het vormen strekken is. Onder strekken wordt in dit verband verstaan een werkwijze waarbij de plaat aan zijn randen is ingeklemd en een stempel in een richting loodrecht op de plaat bewogen wordt, zodanig dat de plaat de vorm van het werkzame oppervlak van ’de stempel aanneemt zonder dat daar een matrijs aan te pas komt. Het aldus gevormde onderdeel bezit een grote mate van thermische vormstabiliteit. Gemeend wordt dat dit resultaat een gevolg is van het feit dat bij strekken niet alleen gebogen maar ook getrokken wordt, waardoor het materiaal gelijkmatig over de dikte plastisch vervormd wordt, zodat na ontlasten geen of althans slechts geringe restspanningen optreden.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van een tekening waarin fig. 1 de bekende inrichting voor het uitvoeren van de bekende werkwijze toont; fig. 2 een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding toont; fig. 3 een inrichting toont voor het buigen van een proefstuk ter bepaling van de thermische vormstabiliteit; fig. 4 een indicatie van de thermische vormstabiliteit van een Al-PET-Al proefstuk bij verschillende vervormingstemperaturen toont; fig. 5 een indicatie van de thermische vormstabiliteit van een

Al-PP-Al proefstuk bij verschillende vervormingstemperaturen toont, en fig. 6 een werkwijze volgens de uitvinding toont, waarbij het vormen strekken is.

Bij het vormen van een onderdeel volgens de bekende werkwijze (zie fig. 1) wordt het koude plaatmateriaal 1 door contact met de verwarmde stempel 2 gedurende circa 15 seconden verwarmd. Vervolgens kan vervormd worden door het plaatmateriaal 1 met de stempel 2 geheel in de matrijs 3 te persen. Volgens de bekende werkwijze worden hierbij de plooihouders 4 eventueel gekoeld. Na het persen wordt het gevormde onderdeel in het gereedschap van circa 200 °C tot circa 100 °C afgekoeld.

In fig. 2 is het plaatmateriaal 1 overeenkomstig de uitvinding, reeds voordat het in contact komt met de werkzame oppervlakken van het vormgereedschap 2, 3, op een temperatuur gebracht welke is gelegen tussen de ISO/A temperatuur en de Vicat B temperatuur van de kunststoflaag. Hierbij kunnen stempel 2, matrijs 3 en plooihouders 4 verwarmbaar zijn uitgevoerd om deze op de aangegeven temperatuur te houden. Het vormgeven volgens de uitvinding vindt snel plaats, zonder oponthoud voor opwarmen en afkoelen, zodat massavervaardiging haalbaar is.

Om de thermische vormstabiliteit van verschillende plaatmaterialen te beproeven werden proefstukken 5 gevormd volgens de uitgevonden werkwijze met behulp van de inrichting die getoond wordt in fig. 3. De proefstukken 5 van 90 mm bij 150 mm en van 1,2 tot 1,5 mm dik werden bij verschillende temperaturen met buigcilinders 6 naar een doorn 7 warm gevormd (gebogen) en na afkoeling in een oven geplaatst om zodoende een latere temperatuurbelasting na te bootsen. Bij verschillende proeven werden verschillende oventemperaturen toegepast, te weten 100 °C, 145 °C en 180 °C. Na een verblijf van circa 30 minuten in de oven liet men de proefstukken afkoelen en mat men de afwijking van de buighoek ten opzichte van de oorspronkelijke hoek 7. Een eventueel verschil met deze oorspronkelijke hoek wordt de' verderveerhoek φ genoemd. De verderveerhoek φ van het proefstuk kan worden opgevat als een maat voor de thermische vormstabiliteit van een uit het desbetreffend plaatmateriaal vervaardigd onderdeel.

De resultaten van enkele proefnemingen zijn weergegeven in de figuren 4 en 5. Op de horizontale as staan de vervormings-temperaturen Tv uitgezet, op de verticale as de verderveerhoek φ, waarbij een kleine verderveerhoek φ een grote thermische vorm- stabiliteit betekent.

In de figuren is de warmtebelasting, die het proefstuk na vormgeving heeft ondergaan, aangegeven met Tw.

De figuren 4 en 5 laten duidelijk zien dat, indien het plaatmateriaal direct voor het vormen een temperatuur heeft nabij de ISO/A temperatuur van de kunststoflaag, een verbetering in de thermische vormstabiliteit optreedt, met name bij PP in fig. 5 is deze verbetering significant. De geschikte vervormingstemperatuur bedraagt hierbij volgens fig. 4 en fig. 5 voor PET kennelijk circa 80 °C en voor PP circa 60 °C, welke onderscheidenlijke temperaturen inderdaad overeenkomen met de onderscheidenlijke ISO/A temperaturen.

Indien vormtechnisch mogelijk wordt het onderdeel bij voorkeur door strekken gevormd, zie fig. 6. Hierbij wordt het plaatmateriaal 1 vóór het vormen verwarmd, ingeklemd in plooihouders en over de stempel gestrekt. Ook hier kan het afhankelijk van parameters als cyclustijd, ISO/A temperatuur en Vicat B temperatuur van de kunst-stoflaag, voordelig zijn de stempel verwarmbaar uit te voeren.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het met behulp van vormgereedschap warmvormen van een onderdeel uit een plaat van gelamineerd plaatmateriaal dat een thermoplastische kunststoflaag tussen twee metaallagen omvat, met het kenmerk, dat het plaatmateriaal direct vóór het in contact komt met het vormgereedschap een temperatuur heeft gelegen tussen de ISO/Δ temperatuur en de Vicat B temperatuur van de kunststoflaag.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het onderdeel direct na het vormen uit het vormgereedschap wordt genomen.

3. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het plaatmateriaal direct vóór het in contact komt met het vormgereedschap een temperatuur heeft nabij de ISO/A temperatuur van de kunststoflaag.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij het vormgereedschap verwarmbaar is, met het kenmerk, dat het vormgereedschap tijdens het vormen een temperatuur heeft in de nabijheid van de temperatuur van het plaatmateriaal direct voordat dit in contact komt met het vormgereedschap.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de plaat tijdens vormen althans aan gedeelten van zijn rand met houdmiddelen gehouden wordt, met het kenmerk, dat de houdmiddelen tijdens het vormen een temperatuur hebben in de nabijheid van de temperatuur van het plaatmateriaal direct voordat dit in contact komt met het vormgereedschap.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als plaatmateriaal wordt ingezet één met metaallagen van aluminium.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als plaatmateriaal wordt ingezet één met een kunststoflaag in hoofdzaak bestaande uit een materiaal gekozen uit de groep gevormd door ABS, PA, PBT, PC, PE, PET en PP en combinaties daarvan.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat voor de kunststoflaag een kunststofmateriaal van kristallijn PP wordt gekozen.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het vormen strekken is.