Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оборудование и основы проектирования предприятий по переработке пластмасс. Учебное пособие
.pdf
101
Выбор оптимальных углов намотки в сочетании с требуемым
технологическим натяжением позволяет придать материалу изделий
анизотропию свойств, наиболее полно отвечающую характеру внешних нагрузок, возникающих при эксплуатации изделий. Таким образом, метод намотки дает возможность в максимальной степени
использовать достоинства стеклопластиков в качестве конструкционного материала.
К числу недостатков метода намотки относится пр
ежде всего
низкая герметичность изделий, характерная, впрочем, и для других
методов открытого формования. Герметизацию намоточных изделий
обеспечивают путем создания многослойных конструкций со слоями
эластомеров, термопластов, а иногда – и металлов.
Возможности изготовления методом намотки изделий сложной
формы в значительной степени ограничены, а стоимость применяемого в этих случаях оборудования весьма велика. Несмотря на это,
достоинства мето
да намотки столь существенны, что он широко
применяется в самых разных отраслях промышленности и областях
техники. За рубежом метод намотки приобрел особое значение в
ракетно-космической технике. Из числа крупногабаритных стеклопластиковых конструкций, изготовляемых в США методом намотки,
яркими примерами являются корпуса ракет типа «Поларис» и «Минитмен». Применение выс
окопрочного стеклопластика взамен стали
позволило заметно уменьшить массу этих ракет и существенно
(в 5–10 раз) снизить их стоимость [11].
При конструировании, изготовлении и эксплуатации объемных
(неплоских) изделий оперируют техническим термином «оболочка».
Оболочка – тело, ограниченное двумя поверхностями, расстояние
между которыми (толщина оболочки) мало по сравнению с
102
другими размерами. По форме срединной поверхности (делящей пополам толщину оболочки) различают оболочки цилиндрической,
сферической, конической и других форм.
Стеклопластиковые оболочки можно считать состоящими из двух
элементов: стекловолокнистого каркаса и органического связующего,
заполняющего свободное межволоконное и межнитяное пространство в каркасе и прочно сцепленного с элементами каркаса силами
адгезии.
Наиболее простой метод форм
ования цилиндрических оболочек
состоит в прямой (радиальной) намотке рулонного наполнителя на
вращающуюся оправку.
В простейшем случае длина намотанной оболочки соответствует
ширине рулонного материала.
Для получения методом намотки труб, длина которых больше
ширины рулонного материала, ведется одновременная намотка с
нескольких рулонов параллельно с небольшой нахлесткой по кромкам (5–50 мм).
Намотку можно вести как «сухи
м», так и «мокрым» способом.
В качестве армирующего материала обычно используют стеклоткани,
но можно применять и стеклохолсты.
Стеклопластиковые трубы могут быть получены не только
методом прямой намотки рулонного наполнителя, но также и путем
его спиральной укладки (косой намотки).
Наиболее совершенные по физико-механическим и массовым
характеристикам трубы получаются пр
и использовании не тканевого,
а однонаправленного материала в виде пряди нитей или ленты. Прочность оболочек из стеклопластика на таких наполнителях достигает
1250 МПа.
103
Для достижения этих свойств стеклопластика в стенках труб
используются схемы продольно-поперечной (ППН) и спиральной
намотки (СН). Для выполнения продольно-поперечной и спиральной
намотки стеклонитей или стеклолент применяются станки специальной конструкции [11].
С теоретической точки зрения, максимальная несущая способность стеклопластиковой оболочки, определяемая прочностью и
жесткостью материала ее стенки, может быть полу
чена при соблюдении принципа геодезической намотки стекловолокнистого наполнителя. При геодезической намотке стеклянные волокна однонаправленного армирующего материала (нитей, прядей или лент) располагаются на поверхности тела вращения (цилиндра, шара, эллипсоида)
по геодезическим линиям.
Геодезическая линия – кривая линия (на поверхности тела вращения), малые дуги которой являются кратчайшими путями между
их ко
нцами на этой поверхности. Например, геодезические линии на
поверхности круглого цилиндра – это винтовые линии (пространственные спирали).
В технологии спиральной намотки стекловолокнистого наполнителя угол наклона винтовой линии к оси спирали называется углом
намотки, а расстояние между соседними витками винтовой линии
(спирали) называется шагом намотки.
При различных сочетаниях углов и шагов намотки той или иной
величины получ
ают различные узоры намотки (в слоях стекловолок-
нистого наполнителя).
При геодезической намотке слоя стекловолокнистого материала
при последующем механическом нагружении не происходит перемещения волокон в пространстве, а возникающие напряжения дейс-
104
твуют вдоль волокон. В результате прочность и жесткость конструкции получаются высокими.
При негеодезической намотке последующий натяг волокон и
нитей при механическом нагружении вызывает их перемещение в
материале в сторону равновесного геодезического расположения.
Данному нежелательному процессу перестройки структуры материала должно помешать полимерное связующее, однако его упругопластические и прочностные свойства о
тносительно невелики.
Установлено, что отклонения в расположении волокон от геодезических линий на 3–5° приводят к снижению прочности и жесткости
конструкции в 2 раза. К сожалению, существует ряд факторов,
препятствующих выполнению геодезической намотки стеклопластиковых оболочек.
Спиральная намотка труб, особенно предназначенных для
работы при высоких нагрузках и соблюдении высокой герметичности, должна осуществляться многократным наложением слоев армирую
щего материала, каждый из которых имеет свой узор намотки.
Чередование слоев распространяется не только на спирально уложенные, но и на дополнительно вводимые кольцевые (окружные) и
осевые (продольные) слои. Для цилиндров (в частности, для труб),
работающих под внутренним давлением, на 5–10 продольных или
спиральных слоев должно приходиться 10–25 окружны
х слоев.
Метод спиральной намотки имеет особое значение при формовании замкнутых оболочек сложной формы. Практически его можно
считать единственным и универсальным способом их производства.
Более подробная информация по данному важному вопросу приводится в пособии [11].
105
2.3. Оборудование завершающего цикла
2.3.1. Оборудование для механической обработки изделий
Необходимо отметить, что в данном разделе кратко охарактеризованы варианты механической обработки изделий с целью так называемой зачистки изделий.
Под зачисткой изделий (деталей) понимают процесс удаления с
поверхности сформованных изделий (деталей) излишка материала в
виде грата (облоя, заусенцев) и литников.
Зачистка деталей из пластмасс обязательна; она часто соч
етается
с доработкой (например, при снятии фаски или при получении точных размеров детали).
Форма (толщина) и расположение грата (облоя) на поверхности
детали зависит от способа формования детали и ее конфигурации.
Различают грат: осевой, радиальный, грат в отверстиях (пленка),
наплывы на металлической арматуре и т. д. (рис. 2.15).
Рис. 2.15. Виды грата (облоя):
а – осевой; б – радиальный; в – грат в отверстиях (пленка); г – наплывы
на арматуре; 1 – деталь (изделие); 2 – грат; 3 – металлическая арматура
К излишкам материала относятся и литники, остающиеся на
поверхности литых изделий.
106
Рациональная конструкция деталей из пластмасс должна обеспечивать наиболее простое и минимальное по протяженности расположение грата и литников, возможность удаления их без ухудшения
внешнего вида и изменения размеров деталей (изделий).
Для зачистки поверхности пластмассовых деталей применяются
следующие способы:
зачистка в галтовочных барабанах (галтовка);
вибрационная зачистка (виброзачистка);
дробеструйная за
чистка;
зачистка в специальных станках и приспособлениях;
слесарная зачистка.
Галтовка (галтование) применяется для зачистки изделий при их
массовом или крупносерийном производстве (в основном из пресспорошков). С помощью галтовки эффективно удаляются осевой и
радиальный грат толщиной до 0,3 мм.
Галтовочные барабаны, имеющие форму цилиндров или восьмигранных призм, изготавливают из ли
стовой стали и изнутри
покрывают (гуммируют) слоем резины толщиной 6–8 мм, что позволяет уменьшить уровень шума при работе установки.
Кроме того, резиновая футеровка защищает барабан от ржавления при так называемой «мокрой галтовке», когда для интенсивного
удаления рисок с поверхности детали тот или иной абразивный материал смешивают с водой.
Применяется нес
колько типоразмеров галтовочных барабанов
объемом от 180 до 1000 л.
107
Кроме зачищаемых деталей, в барабан также загружают «активаторы обработки» (металлические предметы, деревянные кубики,
керамические шары), ускоряющие процесс галтовки. Во всех случаях
габариты этих «наполнителей» должны быть меньше размеров обрабатываемых пластмассовых деталей (изделий).
Галтовочные барабаны обычно оснащают средствами механизации загрузки, выгрузки и просева изделий [10, 12]. Частота вращения
барабанов выбирается в зависи
мости от вида, размера и конфигурации обрабатываемых деталей, а также от вида галтовки («сухая» или
«мокрая»).
Вибрационная зачистка пластмассовых деталей применяется для
удаления грата, скругления острых кромок, полирования и глянцевания поверхностей деталей (изделий).
При виброзачистке детали испытывают одновременно ударное
воздействие и трение. Удары вызываются действием направленных
вибраций, сообщаемых рабоч
ей камере, в которую загружены пластмассовые детали и рабочая среда. В результате трения и большого
числа микроударов происходит хрупкое разрушение и истирание
грата.
Виброзачистка, так же как и галтовка, может быть «сухой» или
«мокрой». Интенсивность вибрационной зачистки зависит от режимов
и продолжительности обработки, от характеристик и размеров частиц
рабочей среды, объема виброкамеры и степени ее заполнения. Количество удаляемого материала (грата или литни
ков) увеличивается
с повышением частоты и амплитуды колебаний, с увеличением
размеров частиц рабочей среды (гетинаксовых призм, стальных
108
шариков, морского кремня), массы обрабатываемых деталей и степени заполнения рабочей камеры.
Рабочая камера заполняется обычно на 70–80 % ее объема; при
этом объем деталей должен быть в 1,5–2 раза меньше объема частиц
рабочей среды.
Амплитуда колебаний виброкамеры изменяется в пределах от
0,5 до 5–9 мм, а частота колебаний в минуту – от 900 до 3000.
Виброзачистка не вызывает существенных изменений ме
ханических и диэлектрических свойств пластмасс и поэтому применяется
для обработки деталей ответственных приборов [10].
Дробеструйная зачистка применяется для удаления грата путем
обдувки деталей потоком воздуха, несущим дробинки из неабразивных материалов.
Дробинки приводятся в движение с помощью сжатого воздуха
или под действием центробежной силы быстро вращающегося
колеса. Скорость обд
увки зависит от вида и размера используемой
«дроби» и изменяется в интервале от 3000 до 4200 м/мин.
Дробеструйная зачистка позволяет удалять грат толщиной не
более 0,2 мм*.
2.3.2. Оборудование для отделки изделий из пластмасс
Улучшение внешнего вида изделий из пластмасс в основном связано с нанесением декоративного покрытия на их поверхность.
*Для получения более детальной информации об основных способах зачистки деталей из пластмасс можно рекомендовать пособие [10].
109
Прочность и стойкость покрытия определяются, прежде всего,
адгезионной способностью материалов, т. е. силой сцепления покрытия с поверхностью изделия. Существует большое число способов
улучшения (изменения) внешнего вида пластмассовых изделий:
окрашивание полимерных материалов («крашение в массе»);
окрашивание поверхности изделий («покровное крашение»);
печатание (текстов и рисунков);
тиснение;
аппликация;
декалькомания;
металлизация.
Применение каждого из вышеперечисленных ме
тодов отделки
пластмассовых изделий требует использования специальных технологических приемов и соответствующего оборудования*.
3. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВ
ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ПЛАСТМАСС
3.1. Проект химического производства. Состав проектной
документации. Заказчики и исполнители
Важным видом деятельности инженера-технолога является участие в разработке технических проектов промышленных производств
(заводов, цехов, участков, установок). Рациональное и экономное использование капитальных вложений в строительство промышленных
предприятий в большей степени зависит от качества проектирования и
уровня разработки проектно- сметной документации, необходимой для
*Первичную информацию о сущности и технологии различных процес-
сов отделки можно получить в пособии [10].
110
осуществления строительства. В ходе проектирования закладываются
основы экономической эффективности будущего производства. Данное утверждение справедливо в отношении процессов проектирования
промышленных производств любой отрасли химической промышленности [10, 12, 13].
Проектирование промышленного объекта (предприятия, цеха,
установки, отделения) – это процесс переработки исходной информации, полученной в результате экспериментов или анализа практической деятельности функционирующих производств, в конечную
информацию, необ
ходимую для создания (строительства и монтажа)
промышленного объекта.
В соответствии со сказанным, проектом химического производства в настоящее время называют совокупность исчерпывающей
информации (комплект технической документации), необходимой
для создания промышленного объекта, обеспечивающего выпуск
определенного продукта нужного качества и в требуемом коли-
честве при высоких технико-экономических показателях производства необходимых са
нитарно-гигиенических условиях труда и при
соблюдении требований экологии.
В результате проектирования получают проектно-сметную документацию в виде комплекта текстовых и графических материалов,
которые описывают и изображают с минимально необходимой степенью детализации будущий объект в целом и его составные части.
На основе проектно-сметной документации строительномонтажные организации осуществляют капитальное строительство
промышленны
х объектов.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]