Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы проектирования экструзионных машин предприятий полимерных материалов. Учебное пособие.pdf
Для повышения произво-
1
дительности экструзионно-раздувных агрегатов применяются многопозиционные-ротационные или роторные при-
2
3
емные устройства (рис. 10.12).
В таких агрегатах ис-
пользуется экструдер высокой
4
производительности, работающий непрерывно и раздувная заготовка выдавливается через угловую головку
вертикально вниз. Раздувные
формы располагаются по пе-
Рис. 10.12. Схема многопозиционного
экструзионно-раздувного агрегата:
1 – экструдер; 2 – головка; 3 – заготовка;
4 – полуформа; 5 – поворотный стол (ротор)
5
риферии ротора, на котором
расположены шарнирные механизмы запирания. Число раздувных
форм, установленных на роторе, определяется производительностью
экструдера и временем раздувания и охлаждения изделия в форме.
10.8.1. Многоручьевые угловые экструзионные головки
В экструзионных раздувных агрегатах для получения изделий небольшой емкости применяются многоручьевые головки, которые обеспечивают одновременную выдачу нескольких заготовок. Основной их
недостаток заключается в различии линейной скорости выдачи трубчатых заготовок из-за разной удаленности отдельных выходных каналов
(ручьев) от питающего. Выравнивание скорости выдачи заготовок добиваются регулированием давления в каждом канале головки (дросселированием) или изменением поперечного сечения канала, из которого
поступает расплав.
На рисунке 10.13 показана двухручьевая головка применяемая в
производстве полых изделий. Расплав полимера из экструдера 1 через
переходник 2 и фильтр 3 поступает в разводящий канал головки. Равномерность подачи расплава в оба ручья достигается пробковым краном 7 и осевым перемещением дорна 9. Соосность мундштука 10 и
дорна 9 обеспечивается регулировочными болтами 11, воздух для раздува заготовки подается через штуцер 12.
111
112
Угловые экструзионные головки получили наибольшее распространение в агрегатах для производства объемных изделий методом
экструзии с раздувом, однако изменение направления движения расплава полимера относительно оси шнека приводит к разнотолщинности
заготовки.
Одними из основных механизмов агрегатов для производства объемных изделий из термопластов методом раздува являются приемные
устройства. По числу рабочих позиций они подразделяются на однопозиционные с неподвижным и подвижным столом, двухпозиционные и
многопозиционные.
Многопозиционные приемные устройства с периодически вращающимся столом называются ротационными, а с непрерывно вращающимся – роторными.
Однопозиционные приемные устройства с неподвижным столом
целесообразно использовать в раздувных агрегатах для производства
крупногабаритных объемных изделий. В таких агрегатах прием заготовки из термопласта, ее раздувание, охлаждение и съем готового изделия осуществляются в одной позиции и в одной раздувной форме.
Генератор расплава (экструдер или шнековый пластикатор) этих
агрегатов снабжается копильником, в который поступает расплав полимера во время раздувания и охлаждения изделия в форме. Время нагрева и пластикации очередной дозы расплава накапливаемого в копильнике должно быть равно времени раздувания, охлаждения и удаления готового изделия из формы.
В крупносерийном производстве раздувных объемных изделий
небольших размеров часто используются двухпозиционные приемные
устройства в сочетании с экструдером и двухручьевой экструзионной
головкой, снабженной трехходовым пробковым краном для переключения потока расплава из одного ручья в другой. В таких агрегатах
формы приемного устройства работают поочередно: когда в закрытой
форме происходит раздувание заготовки и охлаждение изделия, другая
остается открытой и поток расплава в головке переключается для выдавливания заготовки именно в эту позицию.
Многопозиционные приемные устройства с периодически вращающимся столом (ротационные) целесообразно использовать в раздувных агрегатах с копильным устройством, а с непрерывно вращающимся столом (роторные) – в агрегатах с непрерывно работающим экструдером.
10.8.2. Приемные устройства
113
114
Число одновременно устанавливаемых раздувных форм приемного устройства равно отношению времени раздувания и охлаждения изделия ко времени выдачи заготовки.
Раздувные формы. При изготовлении полых (объемных) изделий
раздуванием полимерных заготовок применяются формы выполненные
из двух полуформ, каждая из которых имеет полость для формования
изделия. В полости каждой полуформы должны быть предусмотрены
каналы диаметром 0,5…1 мм для удаления из нее воздуха во время раздувания заготовки, так как не полностью удаленный из полости формы
воздух вызывает дефекты на наружной поверхности изделия.
Основным назначением формы в производстве изделий методом
раздувания является оформление изделия. Однако форма выполняет
целый ряд других операций: зажим заготовки, калибровку горловины
изделия, регулировку направления подачи воздуха для раздувания, снятие заусенцев, заварку отверстия для раздувания и т.д.
10.8.3. Расчет экструзионно-раздувного агрегата
Взаимосвязь развиваемого экструдером давления, производительности и размеров формующего инструмента определяется гидравлическим расчетом. Предлагаемый гидравлический расчет раздувных экструзионных головок и раздувного агрегата в целом выполнен с учетом
размеров изделия и его поперечного сечения, скорости выдачи раздувной заготовки и ее вязкоэластических свойств [23].
По заданным наружному диаметру D
длине Lи изделия определяем длину раздувной заготовки, исходя из
необходимости увеличения ее на 15 % (по сравнению с длиной изделия) для оформления донышка, тогда
Lз = 1,15Lи . (10.5)
Задаваясь коэффициентом раздувания εp (отношение наружного
размера изделия к наружному диаметру заготовки), определяем наружный диаметр заготовки
D
н.и
=
D
н.з
ε
а затем рассчитываем толщину стенки заготовки
s
з
2
н.и
2,1
=
р
2
ε
, толщине стенки
н.и
s
и
и
, (10.6)
2и2
44
ε+ε−
ssDD
рин.и2р
. (10.7)
р
Определив размеры заготовки, рассчитываем оптимальную ско-
−
рость ее выдачи υ3 с учетом свойств перерабатываемого материала:
1555µρ=υL
з
2
з
t
, (10.8)
0
где ρt – плотность расплава полимера при температуре переработки;
µ0 – вязкость при нулевом сдвиге.
Эта зависимость носит эмпирический характер и не объясняет физического смысла происходящих процессов, однако с ее помощью
можно приближенно определить необходимую скорость выдачи заготовки в зависимости от ее длины.
Раздувная экструзионная заготовка по выходе из формующего инструмента "разбухает". Изменение внутреннего и наружного размеров
раздувной заготовки при "разбухании" в пределах допустимой ошибки
одинаково и с увеличением скорости сдвига возрастает. Достигая при
определенных значениях скорости сдвига своего максимума, "разбухание" остается далее практически неизменным. Предельное значение
скорости сдвига, при котором происходит выравнивание "разбухания",
лежит в пределах 20 с–1.
Поскольку в раздувных агрегатах с копильником скорости сдвига
значительно выше указанной величины, то для расчета принимаем эмпирическую зависимость (10.9). По соотношению внутреннего и наружного размеров раздувной заготовки рассчитываем коэффициент
"разбухания" цилиндрической трубчатой заготовки
2
2
β−β=β
0
0
где β
– коэффициент "разбухания" круглого сплошного прутка.
0
−
2
sD
зн.з
D
н.з
β
1,0
0
−
2
sD
зн.з
, (10.9)
D
н.з
Далее с учетом коэффициента "разбухания" определяем размеры
формующего инструмента – внутренний диаметр мундштука Dм и наружный диаметр дорна Dд :
2
D
н.з
;
D
=
м
D
=
β
д
sD
зн.з
. (10.10)
3
Для дальнейшего расчета раздувного агрегата с копильником необходимо определить время цикла τц изготовления изделия, которое
состоит из времени выдачи τв заготовки, смыкания приемного устройства τс, раздувания τр заготовки, охлаждения τ0 изделия, размыкания
τ
полуформ приемного устройства и извлечения τи готового изделия.
раз
115
116
Таким образом, суммарное время цикла
τц = τв + τс + τр + τ0 + τ
+ τи .
раз
(10.11)
Поделив длину заготовки на скорость ее выдачи, получим необхо-
димое время выдачи заготовки
L
з
=τ
. (10.12)
d
υ
з
Выбираем скорости ускоренного и замедленного смыкания полуформ приемного устройства и, зная размер в свету между полуформами, определяем необходимое время смыкания приемного устройства.
Независимо от способа подачи сжатого воздуха на раздувание заготовки его рабочее давление оказывается выше вследствие нагрева и
расширения. Это увеличение давления определяется уравнением
T
2
pp =
, (10.13)
12
T
1
где р2 – давление сжатого воздуха при повышенной температуре Т2;
р
– давление сжатого воздуха при температуре Т1.
1
Повышение давления нагретого воздуха приводит к увеличению
внутреннего давления на стенки формуемого изделия и снижению количества сжатого воздуха, расходуемого за цикл. В результате время
раздувания определяем из зависимости
−
pp
12
, (10.14)
p
1
где
V
−=τ
p
pp −
12
– величина, учитывающая на сколько уменьшается время
p
1
1
c
подачи сжатого воздуха в форму из-за повышения давления воздуха
при нагревании; V – объем раздувного изделия; c – скорость прохождения сжатого воздуха, определяемая в зависимости от диаметра сопла и
давления раздувания.
Время охлаждения определяем по зависимости
2
4
δ
ln
=τ
0
2
a
π
TT
−
фз
, (10.15)
TT
−
фи
где δ – средняя толщина изделия; а – коэффициент температуропроводности полимера в рабочем интервале температур; Тз – температура
заготовки; Ти – температура изделия к моменту раскрытия формы (принимается на 20 °С ниже температуры формоустойчивости); Тф – температура раздувной формы.
Время извлечения изделия из приемного устройства выбирается в
зависимости от конструкции съемного приспособления.
Экструзионная машина пластицирует, гомогенизирует и нагнетает
материал в течение всего цикла за исключением времени выдачи заготовки, следовательно, время работы экструзионной машины τэ в течении одного цикла
τ−τ=τ , (10.16)
вцэ
а производительность экструдера Qυ выразится зависимостями:
− объемная
V
з
=
Q
, (10.17)
υ
τ
э
− весовая
QQ ρ=
, (10.18)
tq
где
ρ
– плотность полимера при заданной температуре.
t
υ
Исходя из необходимых значений производительности, выбирается типоразмер экструзионого раздувного агрегата.
117
118
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Оборудование для переработки пластмасс : справ. пособие / под ред.
В.К. Завгороднего. – М., 1976. – 407 с.
2. Шенкель, Г. Шнековые процессы для пластмасс / Г. Шенкель. – Л.,
1962. – 467 с.
3. ГОСТ 14773–80 Е. Прессы одношнековые для переработки термо-
пластов.
4. Бекин, Н.Г. Оборудование заводов резиновой промышленности /
Н.Г. Бекин, Н.П. Шанин. – Л., 1978. – 400 с.
5. Завгородний, В.К. Механизация и автоматизация переработки пла-
стических масс / В.К. Завгородний. – М., 1970. – 596 с.
6. Бернхардт, Э. Переработка термопластичных материалов / Э. Берн-
хардт. – М., 1965. – 747 с.
7. Рябинин, Д.Д. Шнековые машины для переработки пластических
масс и резиновых смесей / Д.Д. Рябинин, Ю.Е. Лукач. – М., 1965. – 363 с.
8. Каплун, Я.Б. Формующее оборудование экструдеров / Я.Б. Каплун,
B.C. Ким. – М. : Машиностроение, 1968. – 160 с.
9. Техника переработки пластмасс / под ред. Н.И. Басова, В. Броя. – М.,
1985. – 528 с.
10. Расчет на прочность и жесткость шнеков литьевых машин / В.И. Ко-
четов, Н.В. Задворнов, С.Э. Муратов и др. // Качество изделий полимерного
машиностроения : сб. науч. тр. / ВНИИРТМаш. – Тамбов, 1976. – С. 135 – 145.
11. Прочность, устойчивость, колебания : справочник / под ред.
И.А. Биргера, Я.Г Пановко. – М., 1968. – Т. 3. – 567 с.
12. Степин, П.А. Сопротивление метериалов / П.А. Степин. – М., 1979. –
312 с.
13. Рябинин, Д.Д. Смесительные машины дли пластмасс и резиновых
смесей / Д.Д. Рябинин, Ю.Е. Лукач. – М., 1972. – 271 с.
14. Глушков, Г.С. Инженерные методы расчетов на прочность и жест-
кость / Г.С. Глушков. – М., 1971. – 287 с.
15. К расчету производительности шнековых машин / Ф.А. Коугия,
А.П. Поздняков, А. Г. Голубков, В.Н. Красовский // Оборудование для синтеза
и обработки пластических масс : сб. науч. тр. / ВНИИХИММаш. – М., 1980. –
С. 42–49.
16. Первадчук, В.П. Изотермическое течение аномально-вязких жидко-
стей в канале шнековых машин / В.П. Первадчук, В.И. Янков // Инж.-физ.
журн. – 1978. – Т. ХХХV, № 5. – С. 172 – 178.
17. К вопросу прочности и жесткости шнеков и шнековых валов литье-
вых и отжимных машин / В.И. Кочетов, В.В. Межуев. Н.В. Задворнов // Исследование и разработка оборудования для полимерного и бумагоделательного
производства : сб. науч. тр. / ВНИИРТМаш. – Тамбов, 1991. – С. 30–37.
18. Когаев, В.П. Расчет на прочность при напряжениях, переменных во
времени / В.П. Когаев. – М., 1977. – 232 с.
19. Бояршинов, С.В. Основы строительной механики машин / С.В. Бо-
яршинов. – М., 1973. – 456 с.
20. Гурвич, С.Г. Расчет и конструирование машин для переработки пла-
стических материалов / С.Г. Гурвич, Г.А. Ильяшенко, Ш.Е. Мочман. – М.,
1970. – 296 с.
21. Кочетов, В.И. Расчет двухслойного цилиндра высокого давления с
винтовой канавкой в месте сопряжения / Новое высокопроизводительное оборудование для полимерной и бумагоделательной промышленности : сб. науч.
тр. / В.И. Кочетов, Р.Л. Бородин / ВНИИРТМаш. – Тамбов, 1989. – С. 69 – 74.
22. Клинков, А.С. Определение оптимальных технологических и конст-
руктивных параметров червячных машин для переработки эластомеров /
А.С. Клинков, М.В. Соколов, В.И. Кочетов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2000. – № 8. – С. 15–16.
23. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ
№ 2003611833 от 04.08.2003 Российская Федерация. Расчёт оптимальных технологических и конструктивных параметров экструзии резиновых смесей с
учётом минимизации технологической мощности и получения качественного
экструдата. (Оптимизация экструзионного оборудования) / М.В. Соколов,
А.С. Клинков, В.И. Кочетов, П.С. Беляев. – № 2003611300 ; заявл. 16.06.2003.
24. Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин :
монография / М.В. Соколов, А.С. Клинков, О.В. Ефремов и др. – М. : "Издательство Машиностроение-1", 2004. – 248 с.
25. Методология расчета оборудования для производства длинномерных
резинотехнических заготовок заданного качества / М.В. Соколов, А.С. Клинков, П.С. Беляеви др. – М. : Машиностроение, 2009. – 352 с.
26. Инженерная оптимизация экструзионного оборудования : учебное
пособие / А.С. Клинков, М.В. Соколов, В.И. Кочетов, В.Г. Однолько. – Тамбов :
Изд-во ФГБОУ ВПО "ТГТУ", 2012. – 80 с.
27. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Минимизации массы шнека с разрывными витками / М.В. Соколов, А.С. Клинков, В.И. Кочетов. – № 20, 26.09.2011 ; заявл. 01.06.2011.
28. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Минимизации массы двухслойного материального цилиндра с канавками в
месте сопряжения / М.В. Соколов, А.С. Клинков. – № 2011615081, 29.06.2011.
№ 2011613342 ; заявл. 10.05.2011.
29. Басов, Н.И. Расчёт и конструирование формующего инструмента для
изготовления изделий из полимерных материалов / Н.И. Басов, В.А. Брагинский, Ю.В. Казанков. – М. : Химия, 1991. – 352 с.
30. Басов, Н.И. Оборудование для производства объёмных изделий из
термопластов / Н.И.Басов, В.С. Ким, В.К. Скуратов. – М. : Машиностроение.
1972. – 272 с.
119
120