Материальный расчёт производства

Материальный расчёт является первой частью технического расчёта при проектировании любого технологического процесса и выполняется на основании нормативных данных, практических данных действующих производств или данных, полученных на опытных или опытно-промышленных установках. Он отражает степень совершенства производства, позволяет определить расходные коэффициенты для сырья и полуфабрикатов, выявить отходы производства, наметить пути их утилизации.

Исходными данными для материального расчёта являются:

• технологическая схема, определяющая характер и последовательность технологических операций производства, которая разрабатывается на основе практических и литературных данных;

• мощность производства (годовая производительность);

• перечень изделий с указанием их характеристик, предполагаемого тиража выпуска каждого изделия в год;

• потери или выход продукции по всем стадиям технологического процесса для каждого изделия.

Несмотря на ряд отличительных особенностей изготовления различных изделий методом экструзии, основные факторы, обуславливающие нормы расхода пластмасс, являются общими. Например, технологические потери – это, прежде всего, летучие продукты, выделяющиеся при экструдировании полимера. Потери также образуются при чистке экструдера, подготовке отходов к вторичной переработке, резке труб, листов и т. п. в виде пылевидных фракций.

Твёрдые технологические отходы (используемые и неиспользуемые) образуются при чистке оборудования от налёта, корок, пригоревших масс, при переходе на новую продукцию или смене полимера (по составу, цвету) – в виде крошки, обрезков, некондиционно продукции, бракуемой из-за наличия посторонних включений, разнотолщинности, шероховатости и других дефектов.

Дифференцированный учёт перечисленных факторов позволяет индивидуально определять расходные коэффициенты K_р, суммируя каждый раз соответствующие коэффициенты технологических потерь и отходов по формуле

,

где _р1 – коэффициент расхода для конкретной детали без учёта повторного использования возвратных отходов; _ТПЛ – коэффициент технологических («т») потерь («п»), образуемых летучими продуктами на различных этапах производства; _ТПЧ – то же, при чистке («ч») головок экструдера и смене сеток; _ТПМ  то же при механической («м») обработке (резке); _ТПО – то же при подготовке отходов («о»); _ТПУ – то же при расходе части продукции на упаковку («у»); _ТПС – то же при сушке («с»); _ТОБ – коэффициент технологических отходов безвозвратных («б»); _ТОВ  коэффициент технологических отходов возвратных («в»).

Расходный коэффициент (_р2) с учётом возвратных отходов (_ТОВ), используемых в проектируемом процессе, определяется по формуле

.

Примеры количественных значений перечисленных коэффициентов приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3.

Нормативные коэффициенты отходов и потерь,

расходные коэффициенты в экструзионном производстве плёнок, листов, труб

Вид изделия	Полимер	Технологические потери						Отходы			р
		ТПЛ	ТПЧ	ТПМ	ТПО	ТПУ	ТПС	ТОБ	ТОВ	р1		р2
Плёнки	ПЭ	0,001	0,0015	-	0,0005	0,003	-	-	0,002	-		1,008
Листы	УПС
	s* до 2 мм	0,002	0,0029	-	0,0007	-	0,0011	0,0023	0,041	1,05		1,009
	2<s <4 мм	0,002	0,0031	-	0,0009	-	0,0011	0,0019	0,051	1,06		1,009
	4<s <6 мм	0,002	0,0033	-	0,0011	-	0,0012	0,0014	0,061	1,07		1,009
	АБС и ОНП
	s до 2 мм	0,0025	0,0036	-	0,0009	-	0,002	0,003	0,048	1,06		1,012
	2<s <4 мм	0,0025	0,0039	-	0,0011	-	0,0021	0,0024	0,058	1,07		1,012
	4<s <6 мм	0,0025	0,041	-	0,0013	-	0,0022	0,0019	0,078	1,04		1,012
	ПЭ	0,0015	0,0035	-	0,001	-	-	0,01	-	-		1,016
Трубы	ПЭ НП и ПЭ ВП	0,0015	-	0,001	0,001	-	-	0,0045	0,042	1,05		1,008
	ПВХ	0,0659	-	0,0006	0,001	-	-	0,011	0,031	1,051		1,02

s^* - толщина листа, мм.

Производство полых изделий методом раздува осуществляется раздувом либо экструзионных заготовок, либо литьевых. Первый способ освоен намного раньше, поэтому для него разработана общепринятая методика расчёта норм расхода полимера. На величину Н_р оказывает влияние вид полимера, масса и сложность изделия. По последнему признаку выдувные изделия подразделяются на пять групп сложности:

1. – Изделия цилиндрической или иной формы без резьбы и арматуры, не требующие механической обработки;

2. – Изделия цилиндрической или иной формы, требующие механической обработки и имеющие на торцевой поверхности резьбу или арматуру (резьбу и арматуру);

3. – Изделия с любой развитостью поверхности, требующие механической обработки и имеющие на торцевой поверхности ручки, а также резьбу или арматуру (резьбу и арматуру);

4. – Изделия с развитой боковой поверхностью, требующие механической обработки и имеющие на боковой или торцевой поверхности ручки, резьбу или отверстия;

5. – Изделия с повышенными требованиями по разнотолщинности и размерной точности или сложной геометрической формы, требующие при формовании специальных технологических прибылей и последующей механической обработки.

При прочих равных условиях сложность изделий существенно влияет на расход ПМ, определяя потери и отходы производства. Виды потерь в производстве выдувных изделий во многом идентичны видам потерь при литье и экструзии. Однако образующиеся отходы отличаются не только по видам, но и количественно, достигая 40–60 % от массы перерабатываемого полимера.

Основными видами технологических отходов в производстве выдувных изделий являются концевые остатки заготовок, бракованная продукция и отходы, образующиеся при наладке оборудования и отработке режима формования, пуске и остановке оборудования, при замене полимера (по виду и цвету), чистке оборудования, удалении деструктированного (перегоревшего) полимера и др. За исключением последнего, большую часть отходов перерабатывают вторично, смешивая их после дробления и гранулирования с первичным полимером или используя самостоятельно, например, в производстве игрушек, некоторых толстостенных и других изделий, качество которых может считаться приемлемым, несмотря на ухудшение технологических свойств вторичного полимера – насыпной массы, вязкости расплава и др. В результате расходные коэффициенты K и нормы расхода на их основе устанавливаются с учетом использования технологических отходов.

Величину K_р рассчитывают, как и при экструзии, суммированием нормативных коэффициентов потерь и отходов по формуле

,

где _ТПЛ – коэффициент технологических потерь, образуемых летучими продуктами на различных этапах производства; _ТПМ  то же при механической обработке готовых изделий; _ТПД – то же при дроблении отходов; _ТПГ – то же при грануляции; _ТПС – то же при сушке («с»); _ТОН – коэффициент неиспользуемых технологических отходов.

Числовые значения этих коэффициентов, соответствующие виду полимера, группе сложности и массе изделия, приведены в табл. 3.4.

Отходы и потери образуются в процессе печати из-за попадания изделий на калориферные решетки нагревательных элементов, при пуске и останове печатных агрегатов, смене печатных форм, замене краски и др.; в процессе этикитерования  при настройке автомата, пуске и останове установки, обрывах этикетировочной ленты и др.; в процессе расфасовки – из-за заламывания и разрыва тары или изделий.

Дополненный расходный коэффициент с учетом определяемых по табл. 3.5 нормативных коэффициентов рассчитывают по формуле

K_рд = K_р + K_печ + K_эт + K_расф.

При отсутствии какой-либо из дополнительных операций соответствующий норматив из формулы исключается.

Если полимерная тара (или иное изделие) производится на предприятии-смежнике и надо лишь осуществить дополнительные операции, то для расчета используется другой вариант формулы:

K_рд = 1 + (K_печ + K_эт + K_расф).

Таблица 3.4

Расходные и нормативные коэффициенты потерь и отходов в производстве изделий раздувом экструдированных заготовок

Группа сложности	Масса изделия, г	ТПЛ	KТПМ	KТПЛ	KТПГ	KТОН	K р
Полиэтилен
1	До 10	0,007	-	0,015	0,07	0,011	1,040
	10-30	0,006	-	0,011	0,005	0,100	1,032
	30-100	0,006	-	0,008	0,004	0,010	1,028
	100-200	0,005	-	0,006	0,003	0,010	1,024
	200-500	0,005	-	0,0055	0,0025	0,009	1,022
	500-1000	0,005	-	0,004	0,002	0,009	1,020
	Свыше 1000	0,004	-	0,004	0,002	0,008	1,018
2	До 10	0,008	0,001	0,018	0,009	0,015	1,051
	10-30	0,007	0,001	0,013	0,006	0,013	1,040
	30-100	0,006	0,001	0,010	0,005	0,012	1,034
	100-200	0,006	0,001	0,008	0,004	0,011	1,030
	200-500	0,005	0,001	0,0065	0,0036	0,010	1,027
	500-1000	0,005	0,001	0,0055	0,0025	0,010	1,023
	Свыше 1000	0,005	0,001	0,005	0,002	0,009	1,022
3	До 10	0,008	0,001	0,020	0,010	0,017	1,056
	10-30	0,007	0,001	0,015	0,007	0,016	1,046
	30-100	0,006	0,001	0,012	0,006	0,014	1,039
	100-200	0,006	0,001	0,009	0,005	0,012	1,033
	200-500	0,005	0,001	0,008	0,004	0,011	1,029
	500-1000	0,005	0,001	0,006	0,003	0,011	1,026
	Свыше 1000	0,005	0,001	0,0055	0,0025	0,010	1,024
4	До 10	0,009	0,002	0,024	0,012	0,018	1,065
	10-30	0,008	0,002	0,017	0,008	0,017	1,053
	30-100	0,007	0,002	0,013	0,006	0,015	1,043
	100-200	0,006	0,002	0,010	0,005	0,013	1,036
	200-500	0,006	0,002	0,008	0,004	0,012	1,032
	500-1000	0,005	0,002	0,007	0,003	0,012	1,029
	Свыше 1000	0,005	0,002	0,006	0,003	0,011	1,027
5	До 10	0,010	0,003	0,027	0,013	0,019	1,072
	10-30	0,008	0,003	0,019	0,009	0,018	1,057
	30-100	0,007	0,003	0,014	0,007	0,016	1,047
	100-200	0,006	0,003	0,011	0,005	0,014	1,039
	200-500	0,006	0,003	0,008	0,004	0,013	1,035
	500-1000	0,005	0,003	0,007	0,003	0,013	1,031
	Свыше 1000	0,005	0,003	0,006	0,003	0,012	1,029
Поливинилхлорид
1	До 10	0,024	-	0,030	0,014	0,080	1,148
	10-30	0,022	-	0,025	0,011	0,078	1,136
	30-100	0,021	-	0,022	0,009	0,075	1,127
	100-1000	0,020	-	0,018	0,008	0,072	1,118
	Свыше 1000	0,019	-	0,015	0,007	0,070	1,111
2	До 10	0,026	0,001	0,035	0,015	0,082	1,159
	10-30	0,024	0,001	0,030	0,013	0,080	1,148
	30-100	0,022	0,001	0,025	0,010	0,078	1,136
	100-1000	0,021	0,001	0,022	0,010	0,078	1,129
	Свыше 1000	0,020	0,001	0,018	0,008	0,074	1,121
3	До 10	0,028	0,002	0,030	0,014	0,080	1,148
	10-30	0,026	0,002	0,035	0,013	0,085	1,161
	30-100	0,025	0,002	0,030	0,011	0,080	1,148
	100-1000	0,023	0,002	0,025	0,010	0,078	1,138
	Свыше 1000	0,021	0,002	0,020	0,009	0,076	1,128
4	До 10	0,029	0,003	0,045	0,016	0,088	1,181
	10-30	0,027	0,003	0,040	0,014	0,085	1,169
	30-100	0,026	0,003	0,035	0,012	0,082	1,158
	100-1000	0,023	0,003	0,030	0,011	0,080	1,147
	Свыше 1000	0,022	0,003	0,023	0,010	0,078	1,136
5	До 10	0,031	0,004	0,030	0,014	0,080	1,148
	10-30	0,022	0,004	0,045	0,015	0,087	1,180
	30-100	0,026	0,004	0,040	0,013	0,084	1,167
	100-1000	0,024	0,004	0,035	0,012	0,082	1,157
	Свыше 1000	0,023	0,004	0,025	0,011	0,080	1,143

Таблица 3.5

Нормативные коэффициенты, учитывающие технологические

потери и отходы на стадии дополнительных операций в составе технологического процесса производства выдувных изделий

Операция	Оборудование	Технологические потери			Технологические отходы			Суммарный нормативный коэффициент
		Всего, %	Нормативный коэффициент	Всего, %		Нормативный коэффициент
Печать	Автоматические линии и машины	0,5	0,005	4,0		0,04	Kпеч=0,045
	Ручные станки и полуавтоматы	0,5	0,005	3,0		0,03	Kпеч=0,035
Этикетирование	Автоматические линии и машины	-	-	2,5		0,025	Kэт=0,025
	Ручное и полуавтоматы	-	-	1,5		0,015	Kэт=0,015
Расфасовка	Автоматические линии и машины	-	-	1,0		0,01	Kрасф=0,01
	Ручная	-	-	0,5		0,005	Kрасф=0,005

В тех случаях, когда используются сложные рецептуры и исходные компоненты вводятся не одновременно, а на различных стадиях технологического процесса, целесообразно выполнять постадийный расчет. Он может быть выполнен в виде схемы (графический метод) или в виде таблицы (табличный метод). Графический метод более нагляден и может быть выполнен в виде схемы на одном листе (см. прил. 9), вложенном в расчетно-пояснительную записку. Кроме того, постадийный материальный расчёт позволяет более точно определить количество оборудования, необходимого для переработки сырья на конкретной стадии процесса получения изделий.

Материальный расчет выполняется постадийно от готовой продукций к исходному сырью, путем последовательного присоединения потерь на стадиях технологического процесса к массе готовой продукции. При этом необходимо детально выяснить, как проводилось исчисление доли потерь. Например, материальные балансы, составляемые на производствах, зачастую содержат данные по потерям, задаваемые в процентах, которые исчисляются не от готовой продукции, а от количества сырья и полупродуктов, поступающих на данную стадию технологического процесса. Это особенно важно при расчете баланса в производствах с большими возвратными потерями - в этом случае ошибка в расчетах может достигать весьма больших величин и приводить к заниженной потребности в оборудования. Нормативные коэффициенты представляют собой отношение массы потерь или отходов к чистой массе деталей.

Постадийный расчёт производства при использовании возвратных отходов позволяет уточнить реальный расходный коэффициент по первичному полимерному сырью, который в этом случае отличается от нормативного.

Если в производстве предполагается получение изделий из нескольких видов материалов, то материальные балансы составляются по каждому из полимеров (пластмасс) и затем суммируются для определения годового расхода сырья в проектируемом производстве.