Технология производства и переработки полимерных и композиционных материалов. Расчет пресса и экструдера. Практикум
.pdfЗначения коэффициента K для различных форм изделия:
− плита (ширина минимум в 2 раза больше высоты) —
1,54;
−брусок — 0,84;
−куб — 0,72;
−цилиндр бесконечной длины — 0,8;
−цилиндр высотой равной диаметру — 0,64;
−шар — 0,48.
Время отверждения τотв, (с) определяют по формуле:
τотв = τвыд ∙ δ, |
(1.8) |
где τвыд — время выдержки (приложение Б), мин/мм. Время выдержки τвыд зависит от скорости отвержде-
ния пресс-материала, содержания влаги, формы и толщины готового изделия, конструкции пресс-формы и предварительного прогрева. Увеличение времени выдержки не повышает механической прочности изделия, при этом ухудшаются диэлектрические свойства и снижается производительность пресса. Поэтому целесообразно выбирать минимально необходимое значение τвыд.
Время замыкания пресс-формы τзам (с) рассчитывается по формуле:
τ |
|
= |
Sхол↓ |
+ |
Sраб |
, |
(1.9) |
|
зам |
υхол |
υраб |
||||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
11
— холостой ход замыкания пресс-формы (опускание подвижной плиты до соприкосновения пуансонов с пресс-материалом), м; Sраб — рабочий ход замыкания (прессование), м; υхол↓ — скорость холостого хода подвижной плиты (ползуна) вниз, м/с; υраб — скорость рабочего хода подвижной плиты (ползуна), м/с.
Время размыкания пресс-формы τразм (с) рассчитывается из уравнения:
τ |
|
= |
Sхол↑ |
, |
(1.10) |
|
разм |
υхол↑ |
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
где Sхол↑ — холостой ход размыкания пресс-формы (подъем подвижной плиты), м; υхол↑ — скорость холостого хода подвижной плиты (ползуна) вверх, м/с.
Величины Sхол↓, Sхол↑ и Sраб имеют следующие значения [2]:
1.Sхол↓ = 0,9 ∙ S.
2.Sраб = 0,1 ∙ S.
3.Sхол↑ = S.
Ход ползуна S (мм), а также скорости холостого υхол↓ и υхол↑, рабочего υраб хода определяют в зависимости от выбранного пресса по ГОСТ 8200-87 [2].
Длительность цикла прессования τц (с) рассчитывается по уравнению:
ц = зам + н + отв + разм + доп, |
(1.11) |
где доп — время на дополнительные операции: загрузка, разгрузка, чистка пресс-формы и т.д. ( доп = 30 с), с.
12
Производительность пресса рассчитывается при выпуске того или иного изделия по следующим формулам:
Массовая производительность G (кг/ч):
G = |
3,6 ∙ mи ∙ n |
. |
(1.12) |
|
|||
|
τц |
|
|
Штучное время τшт (с) на производство одной единицы изделия рассчитывают по формуле:
τ = |
τц |
. |
(1.13) |
шт n
Время, необходимое на выполнение годовой программы τгп, (ч) определяют по формуле:
τгп = |
A ∙ tшт |
. |
(1.14) |
3 600 |
|
|
|
|
|
|
Количество гидравлических прессов z (шт), необходимое для выполнения годовой программы с учетом действительного годового фонда времени работы пресса для крупносерийного производства с работой в две смены:
z = |
τгп |
, |
(1.15) |
|
|||
|
τд |
|
|
где τд — действительный годовой фонд времени работы пресса (τд = 3 630 ч/год), ч/год.
13
1.5.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Производство изделий из полимерных материалов / В.К. Крыжановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко. — Санкт-Петербург : Профессия, 2008. — 432 с.
2.Государственный стандарт Союза ССР ГОСТ 8200-87 «Прессы гидравлические для изготовления изделий из пластмасс. Параметры и размеры. Нормы точности» (утв. и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 3 декабря 1987 г.
№4357) // Электронный фонд правовых и нормативнотехнических документов : [сайт]. — URL: https://docs.cntd. ru/document/1200023169 (дата обращения: 11.07.2023).
3.Литвинец, Ю.И. Основы материальных расчетов и выбора оборудования для переработки пластических масс прессованием / Ю.И. Литвинец, Н.М. Мухин. — Екатеринбург : УГЛТУ, 2002. — 49 с.
4.Шембель, А.С. Сборник задач и проблемных ситуаций по технологии переработки пластмасс : учебное пособие для техникумов / А.С. Шембель, О.М. Антипина. — Ленинград : Химия, 1990. — 272 с.
5.Межгосударственный стандарт ГОСТ 28804-90 «Материалы фенольные формовочные. Общие технические условия» (утв. и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 21 декабря 1990 г. № 3226) // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов : [сайт]. — URL: https://docs.cntd.ru/document/ 1200020706 (дата обращения: 11.07.2023).
14
6.Государственный стандарт Союза ССР ГОСТ 9359-80 «Массы прессовочные карбамидо- и меламиноформальдегидные. Технические условия» (утв. и введен
вдействие Постановлением Государственного комитета
СССР по стандартам от 28 мая 1980 г. № 2406) // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов : [сайт]. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200020647 (дата обращения: 11.07.2023).
7.Государственный стандарт Союза ССР ГОСТ 20437-89 «Материал прессовочный АГ-4. Технические условия» (утв. и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 5 декабря 1989 г. № 3577) // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов : [сайт]. — URL: https://docs.cntd.ru/document/ 1200020692 (дата обращения: 11.07.2023).
15
2. РАСЧЕТ ОДНОЧЕРВЯЧНОГО ЭКСТРУДЕРА
2.1. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Экструзия — технология получения изделий путем продавливания расплава материала через формующую головку, геометрическая форма выходного канала которой определяет профиль получаемого изделия или полуфабриката. В промышленности при переработке полимеров методом экструзии изготавливают различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, пленки, профильные полосы, оболочки кабелей и т.д. [1–2].
Экструдер — аппарат для формования термопластичных полимерных материалов путем придания им формы в результате продавливания через профилирующий инструмент (экструзионную головку).
В зависимости от конструкции рабочего органа экс-
трудеры подразделяются на:
−плунжерные (поршневые);
−одночервячные;
−многочервячные;
−шестеренчатые;
−дисковые.
Наибольшее распространение получили одно- и многочервячные экструдеры. Внешний вид и характерные размеры червяка представлены на рис. 2.
16
Рис. 2. Схема червяка экструдера:
L — длина червяка; D — диаметр гребня червяка;
h — глубина винтового канала червяка; t — шаг винта;
δ— ширина гребня; αв — угол подъема винтовой линии [1]
2.2.ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является расчет одночервячного экструдера, в который входит: расчет оформляющей головки экструдера, расчет червяка, расчет производительности экструдера и мощности привода, тепловой расчет.
2.3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Материал изделия для вариантов:
1)полипропилен (ПП) (CD 460);
2)полиметилметакрилат (ПММА) (лусит ТМ 147);
3)ПП (У612);
4)полистирол (ПС) (лексан ТМ);
5)ПС (дилен ТМ8);
6)полиэтилен низкого давления (ПЭНД) (алатон ТМ 7 040);
7)полиэтилен высокого давления (ПЭВД) (алатон ТМ 1 540);
17
8)сополимер этилена с винилацетатом (ЭВА) (вистафлекс ТМ 9 058);
9)полиакрилонитрилбутадиенстирол (АБС) (АМ-1 000);
10)полиамид-6,6 (ПА) (найлон 8 200).
Задание для расчета представлено в табл. 2.
Таблица 2
Задание для расчета экструдера
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Варианта |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Толщина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стенки |
3 |
2 |
5 |
4 |
2 |
3 |
2 |
2 |
6 |
4 |
|
изделия |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
х, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изделия |
85 |
90 |
68 |
100 |
78 |
84 |
95 |
126 |
150 |
113 |
|
m, г/п.м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гребня |
45 |
75 |
60 |
85 |
55 |
70 |
50 |
80 |
90 |
65 |
|
червяка |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
D, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отноше- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ние длины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
червяка |
8 |
10 |
12 |
15 |
1 |
18 |
9 |
15 |
14 |
11 |
|
к диа- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
метру L/D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глубина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
винтового |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
канала |
5 |
8 |
7 |
6 |
5 |
9 |
6 |
7 |
10 |
6 |
|
червяка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ширина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
головки |
20 |
40 |
35 |
50 |
25 |
40 |
20 |
50 |
55 |
35 |
|
канала |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18
№ |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Варианта |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зазор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
между |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гребнем |
|
|
1 |
2 |
2 |
1 |
1 |
2 |
1 |
1,5 |
3 |
2 |
|
и цилин- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дром z, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число за- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ходов чер- |
|
|
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
1 |
2 |
1 |
|
вяка q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вращения |
|
|
0,6 |
0,4 |
0,5 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,5 |
0,3 |
0,7 |
|
червяка |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n, с-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
30 |
45 |
20 |
40 |
35 |
25 |
35 |
20 |
25 |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
120 |
90 |
80 |
95 |
75 |
100 |
95 |
100 |
110 |
115 |
|
Длины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
участков |
|
c |
70 |
60 |
55 |
75 |
65 |
70 |
75 |
60 |
65 |
60 |
|
экстру- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зионной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
головки, |
|
d |
30 |
50 |
55 |
45 |
35 |
40 |
60 |
40 |
50 |
40 |
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
20 |
35 |
30 |
25 |
45 |
40 |
30 |
35 |
25 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
15 |
10 |
20 |
10 |
15 |
20 |
20 |
10 |
15 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4.РАСЧЕТЫ
2.4.1.Расчет геометрии червяка
Под геометрией червячного винта машины пони-
мают его конструктивные параметры: шаг винтовой линии, ширину гребня витка, глубину винтового канала, длину червяка.
19
Шаг винтовой линии t (м):
t = (0,8 ÷ 1,2) · D, |
(2.1) |
где D — диаметр гребня червяка, м.
Ширина витка гребня δ (м):
= (0,06 ÷ 0,10) · D. |
(2.2) |
Длину зоны дозирования червяка Lд (м) выбирают для каждого полимерного материала из табл. 3.
Таблица 3
Зонность червяков, учитывающая свойства полимерных материалов [1]
Свойства |
Зона загрузки l1 |
Зона сжатия |
Зона |
|
(плавления) l2 |
дозирования l3 |
|||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Пластмассы с вы- |
|
|
|
|
сокой термоста- |
|
|
|
|
бильностью |
0,25·L |
0,35·L |
0,4·L |
|
(ПЭВД, ПЭНД, |
||||
|
|
|
||
ПП, ПС, АБС, |
|
|
|
|
ЭВА, ПММА) |
|
|
|
|
Пластмассы |
|
|
|
|
с низкой термо- |
|
|
|
|
стабильностью, |
|
|
|
|
склонные к тер- |
|
|
|
|
момеханической |
– |
0,6·L |
0,4·L |
|
деструкции |
|
|
|
|
(поливинилхло- |
|
|
|
|
рид, поливини- |
|
|
|
|
лиденфторид) |
|
|
|
|
|
|
|
|
20