Обзор вакуумных прессов

Деление прессов на вакуумные и мембранные – условное. В тех и других для прижима пленки к детали чаще всего используется вакуумный насос, который создает разрежение воздуха под облицовочной пленкой. Применение мембраны расширяет технологические возможности пресса, но обычно ее можно легко демонтировать, если этого требует технология. Чаще всего для облицовки используются пленки на основе ПВХ толщиной 0,2–0,55 мм. Встречаются отделочные материалы на основе полистирола и акриловых полимеров. Температура нагрева в мембранном прессе достигает 140–160°C, ширина пленки по стандарту составляет 1300 мм. При работе со шпоном облицовка заготовок производится только мембранным способом, поскольку шпон негерметичен.

При нагревании пленки до 100°C она начинает усаживаться – срабатывает так называемый эффект памяти. До нанесения на панель лист ПВХ при нагревании до 100°C усаживается на 0,5%, а нанесенный на панель – на 50%. Этот эффект объясняется тем, что во время термической обработки лист ПВХ подвергается сильному растягиванию и расширению, вдоль острой кромки детали толщина листа уменьшается с 0,4 до 0,2 мм. Чтобы не срабатывал эффект памяти при повторном повышении температуры, нужно подобрать рабочее давление, температуру и длительность прессования. На качество производства влияют параметры используемого клея: долговечность, способ нанесения, расход, продолжительность и условия отверждения, а также параметры грунтовки внутреннего покрытия синтетических пленок и внешние климатические условия. Чаще всего используются дисперсионные полиуретановые клеи, например, Jowapur 150.51. Клеи могут наноситься как напылением на поверхность заготовки в несколько слоев, так и приспособлением с эластичным валиком, если поверхность заготовки не имеет глубокого рельефа.

Для прижатия облицовки к деталям, как правило, используется вакуумный прижим. Под действием разности давления атмосферного воздуха и разреженного воздуха в вакуумном мешке эластичный материал прижимает облицовку к детали. Прижим может обеспечиваться и за счет избыточного давления воздуха, воды или масла в замкнутом объеме под эластичной мембраной, если такую подушку расположить над деталью с облицовкой, а сверху и снизу установить неподвижные плиты. Заготовки с предварительно нанесенным и просушенным термоактивным слоем клея равномерно размещаются на плоскости стола на специальных подложках, над всей плоскостью стола укладывается и фиксируется прижимной рамкой термопластичная пленка. Заготовка поступает в рабочую зону пресса для равномерного прогрева пленки до необходимой температуры. После прогрева начинается этап прессования. Из полости между поверхностью стола и натянутой над заготовками пленкой удаляется воздух. В результате атмосферное давление с усилием, доходящим до 9 т/м2, равномерно прижимает разогретую пленку к поверхности заготовок, а высокая температура активирует слой клея. После выдержки под давлением в течение 2-3 минут процесс останавливают, пленка остывает, и заготовки обрезаются по контуру детали.

Мембранные прессы используются для склеивания гнутых заготовок, например, дверей мебельных гарнитуров. На стол пресса устанавливается криволинейный шаблон (матрица), на который укладывается пакет листов шпона или ДВП толщиной 4–5 мм с нанесенным на них клеем. Разогретая мембрана плотно прижимает пакет к шаблону, и пластины плиты смещаются относительно друг друга, повторяя форму шаблона. После технологической выдержки заготовка поступает на механическую обработку. По принципу действия вакуумные прессы делятся на четыре группы: однокамерные, двухкамерные, трехкамерные и двухмембранные. В однокамерных прижим пленки осуществляется атмосферным давлением. В двухкамерных прессах первая камера образуется между столом пресса и облицовочной пленкой, а вторая – между пленкой и мембраной. Во второй камере создается вакуум для контакта мембраны и пленки, сюда же подается горячий воздух для безмембранного прессования или холодный воздух для охлаждения облицованной детали.

Третья камера в трехкамерных прессах формируется между нагревательным элементом и мембраной. В этой камере создается вакуум для контакта мембраны с нагревательной плитой или подается горячий воздух для создания дополнительного давления на пленку. Двухмембранные камеры предназначены для двусторонней облицовки. Давление в простых вакуумных прессах не превышает 0,95 кг/см2, в более сложных моделях достигает 8,5 кг/см2. Для облицовки деталей со сложным профилем или при использовании натурального шпона требуется давление около 5–8 кг/см2. В разных моделях вакуумных прессов смыкание стола и нагревателя происходит по-разному. В одних подвижным является стол, в других – нагреватель. Существуют конструкции без подвижных элементов, которые работают за счет направленного движения нагретого воздушного потока.

Станки также делятся по принципу прогрева пленки. При контактном способе пленка непосредственно соприкасается с нагревателем, при бесконтактном – прогревается с помощью инфракрасных ламп или термоэлектрических нагревателей, компрессоров или вентиляторов (конвективный метод). В некоторых прессах, например, в Ottoman (Турция), мембрана прижимается к изделию горячей водой, в других, например, в Orma (Италия) – горячим маслом. Во втором случае удельное давление при склеивании может достигать 20 кг/см2. Это позволяет облицовывать глубокие профили пленками повышенной толщины, в том числе глянцевыми.

Прессы подразделяются на односторонние и двусторонние. Прессы двустороннего действия используются при облицовке сборных дверей, фигарейных филенок и других изделий. Некоторые прессы способны облицовывать L-образные детали. Заготовки могут загружаться в рабочую зону с фронтальной или с торцевой стороны пресса. При загрузке с фронтальной стороны стол выкатывается вперед по круглым направляющим – скалкам, либо верхняя крышка пресса откидывается вверх, освобождая доступ в рабочую зону стола. В некоторых прессах подъем и опускание крышки производятся автоматически с помощью пневматических устройств.

Существуют прессы, в которых загрузка и выгрузка происходят в автоматическом режиме – программное устройство синхронизирует весь процесс от загрузки пакета с переднего стола с приводным конвейером до выгрузки готового изделия на задний приемный роликовый стол. Выпускаются прессы с одним и двумя рабочими столами. В простых прессах подача заготовок в зону облицовки происходит челночно с торцевых сторон пресса с помощью двух столов. Это обеспечивает непрерывность работы пресса – когда первый стол с заготовками находится в рабочей зоне внутри пресса, на второй укладываются новые заготовки. Для контроля прессы оборудованы металлическим или пластиковым кожухом с окнами.

Мембрана изготавливается из эластичной силиконовой пленки или из термостойкой резины. Резиновая мембрана способна растягиваться до 700%. Мембрана в прессе необходима для облицовки натуральным шпоном и при работе с заготовками со сложным профилем (например, когда пленка заходит на тыльную сторону фасада) и с высокоглянцевыми пленками, которые не должны соприкасаться с верхней нагревательной плитой пресса. Мембрану также используют, если размеры пленки меньше размеров загрузочного стола или если толщина пленки выходит за стандартные 0,3–0,6 мм. В большинстве прессов мембрана устанавливается на специальной раме с герметичным уплотнением по верхнему и нижнему периметру. Эта рама может быстро сниматься, превращая при необходимости двухкамерный пресс в однокамерный, а трехкамерный – в двухкамерный. Подобное решение позволяет тонко управлять процессом облицовки и выбирать режим прессования, подходящий технологии компании.

При мембранном прессовании в камере между мембраной и пленкой создается вакуум, обеспечивающий их контакт, а в камеру над мембраной подается горячий воздух, который обеспечивает необходимое для прессования давление. Мембрана решает несколько задач. Во-первых, она равномернее прогревает пленку, чем просто горячий воздух. Во-вторых, мембрана служит своеобразным каркасом. Она противодействует разрывам пленки и не допускает проникновения воздуха под мембрану. Это исключает брак в облицовке, если герметичность пленки нарушена. В-третьих, она равномернее передает тепло к торцевым поверхностям заготовки.

Мембрана может также прижиматься к пленке для прогрева, до ее касания к заготовке. Это исключает появление воздушных пузырей между мембраной и пленкой и позволяет пленке равномерно прогреться. После прижатия давление в верхней и средней камере выравнивается. При этом воздух, поступающий в среднюю камеру, отделяет пленку от мембраны, и облицовка происходит подобно безмембранному методу, с той лишь разницей, что пленка оказывается равномерно прогретой. По завершении прессового цикла в нижнюю камеру под давлением подается холодный воздух для предварительного охлаждения заготовки. Это позволяет избежать отслаивания пленки с детали при снятии с пресса, когда деталь еще не остыла. Мембрана является расходным материалом и при соблюдении правил эксплуатации выдерживает около 3000 рабочих циклов. Средний срок ее службы не превышает двух месяцев.

От мешка до пресса

Простейшим вакуумно-мембранным прессом является силиконовый вакуумный мешок, состоящий из вакуумного насоса и герметически закрытого мешка. Примером подобного пресса является Vakumat австрийской компании Vakutec. Ширина вакуумного мешка, как правило, 1400 мм, длина варьируется от 2500 до 3500 мм. Существуют узкие мембранные мешки для облицовки погонажных изделий. Детали с нанесенным клеем помещаются под мембрану с открытой стороны, после чего эта сторона герметично закрывается и включается вакуумный насос. При заданном значении вакуума срабатывает реле, и насос отключается. Если степень разреженности воздуха падает, насос автоматически включается. Прозрачная мембрана позволяет легко заметить и предотвратить смещение прессуемых деталей. Вакуумный мешок не предназначен для горячего прессования. Эта технология проста, но холодная склейка не дает высокого качества продукции, а процесс склеивания длится достаточно долго.

Основой более сложного пресса Burkle (Германия) является станина – сварная рама из проката большого сечения. Встречаются также модели с литыми рамами. На раму крепится верхняя и нижняя плита. Верхняя плита является неподвижной и покрыта слоем твердого хрома. Рабочая плоскость плиты перфорирована для соединения с вакуумным насосом и компрессором подачи воздуха. Плита нагревается трубчатыми электронагревателями или системой каналов, по которым циркулирует горячее масло. Обе плиты пресса имеют каналы для соединения с вакуумной системой. Перед станиной пресса с левого торца установлено загрузочное устройство – еще одна сварная рама, на верхней поверхности которой на направляющих установлен подвижный загрузочный стол для укладки заготовок. На загрузочном устройстве смонтированы штанги, несущие рулоны пленки. Это облегчает процесс разматывания пленки при укладке на загрузочный стол с заранее уложенными заготовками. Загрузочный стол пресса изготовлен из композиционных материалов – бакелитовой фанеры или гетинакса.

Пресс в режиме без мембраны работает следующим образом (рис. 1). Загрузочный стол с накрытыми облицовочной пленкой 1 заготовками 4, уложенными на подложках 5, закатывается внутрь пресса и располагается между его верхней 2 и нижней 6 плитами. Включается механизм смыкания плит. По периметрам обеих плит расположены уплотнительные резиновые буртики 3, образующие при смыкании плит две замкнутые камеры. Первая камера образуется между верхней плитой и пленкой, вторая – между пленкой и нижней плитой. При подаче во вторую камеру горячего воздуха через отверстия 7 в нижней плите облицовочная пленка размягчается и прижимается к верхней разогретой плите. Если клей нанесен на нелицевую поверхность пленки, он активируется, а если на облицовываемую поверхность детали, он будет активирован горячим воздухом непосредственно на детали. Далее по каналам воздух из второй камеры откачивается вакуумным насосом 8, в то же время в первую камеру поверх пленки подается сжатый воздух, обеспечивающий требуемое давление в пределах прочностных характеристик пленки.

После заданного времени прессования каналы соединяются с атмосферой, охлаждая наружным воздухом облицованные детали. Нижняя плита опускается, загрузочный стол выкатывается наружу. Излишки пленки обрезаются вручную с припуском по периметру детали, и она отправляется на технологическую выдержку, после которой припуск окончательно удаляется. Если для облицовки детали требуется наличие мембраны, сверху загрузочного стола укладывается рамка с мембраной. Закатывание загрузочного стола в зону облицовки осуществляется вручную или механизированно. Затем включается механизм смыкания плит. Шесть гидроцилиндров перемещают нижнюю плиту вверх, и она поднимает стол в зону облицовки. Чтобы исключить перекосы плиты в продольном и поперечном направлении при перемещении, механизм снабжен синхронизирующей системой зубчатых реек и шестерен. Пресс оборудован ресивером большого объема. Это позволяет пневматической системе обеспечивать в камерах пресса необходимое давление нагретого воздуха при его большом расходе. Прессом управляет оператор с помощью пульта с сенсорным дисплеем.

Пресс Omnia, который производит итальянская компания Оrma, представляет интерес в первую очередь для малых и средних предприятий, а также для экспериментальных производств, где требуется гибкость технологии. Он способен выполнять несколько специализированных операций, трансформируясь за несколько минут из одного типа в другой. Эта модель может использоваться для холодного прессования при плоской облицовке отдельных панелей или штабелей высотой до 400 мм, для горячего прессования при формировании или облицовке панелей и дверей из массивной древесины или с сотовым заполнением при температурах до 150°C, отдельно задаваемых для поверхностей верхних и нижних плит, с удельным давлением 6 кг/см2 на всей площади поверхности. Этот пресс также может работать в двухмембранном режиме для одновременной облицовки шпоном или пленками обеих фасонных поверхностей деталей или облицовки полимерной пленкой или шпоном фасонных панелей мембранным или безмембранным способом.

Рама пресса изготовлена из прочных балок и стального листа, а рабочие столы представляют собой массивные стальные плиты с просверленными отверстиями под теплоноситель. Нагревательная установка состоит из независимых масляных бойлеров для обогрева рабочей плоскости каждого из столов. Фланцы нагревательной установки, позволяющие обеспечить быстрый монтаж, выполнены из обработанного алюминия. Установка оснащена устройствами для сброса воздуха, находящегося в камере в момент ее закрытия. Это обеспечивает высокую точность распределения температуры по поверхностям плит столов. Для надежной облицовки боковых кромок и ребер нижней пласти заготовки под нее подкладывают подложки – простые плоские элементы. Чаще всего это прямоугольные листы ДСП или ДВП с габаритами на 10–15 мм меньше, чем размеры облицовываемой детали. Это позволяет более надежно окутать боковые кромки и ребра заготовки, пленка при этом подворачивается на нижнюю пласть. При укладке заготовок на столе пресса между двумя смежными заготовками должно быть расстояние не меньше двух толщин заготовок, чтобы пленка не рвалась.

Изготовление подложек под заготовки требует расхода дополнительных материалов и площадей для хранения подложек разного формата. Это снижает производительность, так как формирование облицовываемых пакетов требует больше времени, особенно совмещение подложек и заготовок. В мембранных вакуумных прессах, разработанных Wemhoner Surface Technologies, применяется оригинальная конструкция прессового стола-поддона Variopin. Это прессовый поддон, на котором рядами вплотную друг к другу размещены грибообразные квадратные опоры в виде столбиков – пины. При укладке заготовок на стол не требуются вспомогательные подкладки. Для экономии облицовочного материала можно программно оптимизировать расположение заготовок. Головки пинов исключают проскальзывание. Они могут находиться в двух положениях – в верхнем и нижнем, что позволяет оптимизировать выкладку заготовок и тем самым повышает производительность оборудования.

Установка пинов по высоте осуществляется за один проход линейкой пластин, поднимаемых соленоидами, а их сброс после прессования – общим магнитным импульсом, который примагничивает к себе металлизированные шейки сразу всех пинов и заставляет их распрямляться. При облицовке деталей в мембранных прессах натуральным шпоном приемлемы не все технологии ребросклеивания рубашек шпона. Это связано с высокой температурой процесса, которая разлагает термоклеевую нить, соединяющую делянки шпона. Чтобы исключить этот дефект, можно использовать станки с комбинированным воздушно-электрическим методом нагрева, например, Kuper FW/1150 LH.

В этом случае специальная тугоплавкая нить разогревается не прямым электрическим нагревом, а предварительно нагретым сжатым воздухом, также проходящим через нитеводитель. Этот метод позволяет существенно повысить температуру нагрева и использовать более тугоплавкие нити: температура плавления обычной нити для электрического нагрева составляет 170°C, а нити для воздушного нагрева – 270°C. Это может быть выгодно и при использовании тонкого светлого неворсистого шпона из бука или березы. При облицовке деталей увеличенной кривизны (радиусом 300– 500 мм) требуется индивидуальный подбор технологических режимов. Кроме того, необходима объемная конструкция подложки – матрица.

Качество облицовки поверхности, особенно по ребрам на углах, зависит от высоты матрицы над уровнем стола, от соответствия матрицы форме и размерам детали, от наличия и объема полостей для создания необходимого разряжения под пленкой в пределах ее эластичности, а также от наличия и размеров технологических зазоров между заготовками. Точные параметры эксплуатации пресса для облицовки подобных деталей могут быть установлены только после долгой работы пресса в условиях производства с учетом индивидуальных особенностей, в том числе характеристик пленок и клеев.

Основными производителями мембранно-вакуумных прессов являются немецкие компании Wemhoner, Friz и Burkle, а также итальянские Italmac, Steton и Orma. Критериями выбора станка являются производительность, цена, тип производимой продукции и облицовочного материала. На стоимость и производительность станка влияют размеры рабочего стола и их количество, максимальное давление и температура, способ загрузки – ручной или автоматический, габариты обрабатываемых деталей, требования к качеству облицовки. Выбор типа вакуумного станка зависит от потребностей компании. Малым предприятиям достаточно изготовить на своем производстве мембранные механизмы для склеивания и облицовки криволинейных и рельефных деталей. При небольших объемах производства крупных деталей целесообразно использовать вакуумные мешки. Для производства средней мощности, работающего только с пленками, целесообразно приобрести простой пресс с откидной крышкой без мембранного блока. Приобретение более сложных прессов предполагает оснащение программируемым оборудованием, в основном для рельефного фрезерования лицевых поверхностей и кромок деталей. Программируемое оборудование позволяет обеспечить полную загрузку пресса и не терять эффективности.