СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ПС - полистирол

ТПА – термопластавтомат

ПТР – показатель текучести расплава

Н_р – норма расхода сырья

Р_д – масса детали

П – план выпуска детали за год

Т_л – температура расплава перед впрыском в форму

Т_ф – температура формы

К_л – поправочный коэффициент, учитывающий течение полимера во время подпидки

t_в – время выдержки под давлением

Т₀ – температура охлаждающей поверхности формы

t₀ – время выдержки при охлаждении

Т_р – температура расплава

Е_у – энергия активации вязкого течения

R – газовая постоянная

N – гнездность формы

N_см – усилие смыкания

Р_ф – давление в форме

Р_л – масса литниковой системы

Q_от - объем отливки

F_изд – площадь изделия

t_шт – штучное время для литья деталей

δ – толщина стенки

α – коэффициент учитывающий затраты времени

γ – скорость сдвига

τ – напряжение сдвига

t_см – время на смыкание формы

t_пд – время на подвод материального цилиндра

t_рз – время на размыкание формы

t_осн - основное время

t_всп – вспомогательное время

t_уд - время на удаление остатка литника

t_пу - время пуска или остановки машины

t_пр - время на протирку гнезд формы

m – количество литьевых машин

t_ом - суммарное время, необходимое для выполнения годовой программы

R – радиус литника

l – длина канала

РЕФЕРАТ

Сведения: объем работы

количество таблиц

количество рисунков

Ключевые слова: Литье под давлением, Полистирол, Полиэтилен, Термопластавтомат, Проектируемое производство, Технологический процесс, Изделия из пластмассы.

Тема проекта – Производство изделий из термопластов методом литья под давлением. Для производства выбраны материалы –ударопрочный полистирол марки 825 и ПЭ2НТ22-12. Для проектирования производства проведены следующие расчеты: материальный расчет, расчет технологических параметров, расчет количества оборудования, расчет литниковой системы, тепловой расчет.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………...

1.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА И ОБЪЕМА ПРОИЗВОДСТВА …...……………………………………..

2. ТЕХН0ЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………

2.1 Теоретические основы процесса………………………………………

2.1.1 Химические и физико-химические основы…………………………

2.1.2 Технологические основы процесса ………………………………..

2.2 Характеристика исходного сырья ……………………………………

2.3 Характеристика готовой продукции и отходов производства……

2.4 Разработка блок схемы производства………………………….……

2.5 Материальный расчет производства…………………………………

2.6 Описание аппаратурно-технологической схемы производства……

2.7 Расчет технологических параметров процесса………………………

2.8 Выбор и расчет основного и вспомогательного

оборудования….………..…………………………………………...……..

2.9 Расчеты оборудования…………………………………………………

2.9.1 Механический расчет…………………..……………………………..

2.9.2 Тепловой расчет………………………………………………………

3 СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНАЯ ЧАСТЬ……………………………..

4 СТАНДАРТИЗАЦИЯ...…………………………………………………..

5 ОРГАНИЗАЦИЯ ТРУДА И УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ……

6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ПРОЕКТУ………………………………………….

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………..

ВВЕДЕНИЕ

Дипломный проект является самостоятельной работой студента, которая основывается на использовании уже существующих, проверенных практикой систем, оценке условий их применения и возможности их совершенствования и модернизации.

В процессе работы над дипломным проектом рассматриваются возможности использования нововведений, появившихся за последнее время в организации производства.

При производстве изделий все чаще производители отдают предпочтение пластическим массам. В нашем урбанизированном быстро развивающемся мире резко возрос спрос на полимерные материалы. Трудно себе представить полноценную работу заводов, электростанций, котельных, учебных заведений, электрической бытовой техники, которая нас окружает дома, на учебе и на работе, современных вычислительных машин, автомобилей и много другого без использования этих материалов.

В широком смысле переработку полимеров можно рассматривать как некую инженерную специальность, занимающуюся превращением исходных полимерных материалов в требуемые конечные продукты. Большинство методов, применяемых в настоящее время в технологии переработки полимеров, являются модифицированными аналогами методов, используемых в керамической и металлообрабатывающей промышленности. Действительно, нам необходимо понять все тонкости переработки полимеров для того, чтобы заменить обычные традиционные материалы другими материалами с улучшенными свойствами и внешним видом. Последние десятилетия стали периодом бурного развития технологии литья пластмасс под давлением со всеми сопутствующими факторами; метод был значительно усовершенствован, расширился диапазон его применения.

Преимущества литья пластмасс под давлением очевидны:

- недорогой материал;

- небольшой расход энергии при формовании вследствие относительно низких температур обработки;

- получение материала с заранее заданными свойствами

- прямой путь от сырья до конечного продукта (одноступенчатая технологическая операция, доработка не требуется).

- возможность ограничения использования природных ресурсов (древесина, металлы и т.д.)

Области применения полимерных материалов очень разнообразны, а перспективы использования практически неограниченны. Основные области применения полиэтилена высокой плотности:

- электроприборостроение, в качестве изоляции проводов и кабелей;

- пищевая промышленность и бытовая химия, в качестве тары и упаковки:

- производство предметов домашнего обихода, игрушек и хозтоваров;

- изделий медицинского назначения

1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА И ОБЪЕМА ПРОИЗВОДСТВА

Переработка пластических масс представляет собой совокупность различных процессов, с помощью которых исходный полимерный материал превращается в изделие с заранее заданными эксплуатационными свойствами. В настоящее время насчитывается несколько десятков разнообразных приемов и методов переработки пластмасс. Выбор метода переработки для изготовления изделия в каждом конкретном случае определяется такими факторами, как конструктивные особенности изделия и условия его эксплуатации, технологические свойства перерабатываемого материала, а также рядом экономических факторов (тиражность, стоимость и т.д.) [3,с. 10].

Большинство методов переработки пластических масс предусматривает формование изделий из полимеров, находящихся в вязкотекучем состоянии. Это литье под давлением, экструзия, прессование, каландрование и др. Отдельные методы основаны на формовании материала в высокоэластическом состоянии - вакуумформование, пневмоформование. Находят промышленное использование методы формования из растворов и дисперсий полимеров, получение изделий методом полива, заливки и т.д. [3,с. 10]. Термопласты претерпевают ряд превращений. Сначала материал плавится и в процессе пластической деформации ему придается конфигурация будущего изделия. Далее охлаждением до температуры теплостойкости фиксируется приданная ему форма. Самым часто используемым методом переработки является литье под давлением.

Литье под давлением - высокопроизводительный и автоматизированный метод переработки термопластов. Существующие в настоящее время технологические разновидности метода литья под давлением (включая вибролитьевое формование и интрузионное формование, литье вспениваемых материалов) отличаются способами и степенью нагрева металла, способами его в форму и последующего формования [3,с.13]. Литье под давлением является одним из основных методов переработки термопластов. Этот метод позволяет изготавливать высококачественные

изделия с высокой степенью точности при высокой производительности.

Технологические свойства полимеров (реологические, термостабильность, содержание воды и др.) определяют процессы переработки и качество изготовляемых изделий.

Поведение материала при переработке зависит от его реологических свойств.

Знание этих свойств необходимо для расчета и выбора оптимальных технологических параметров и режимов формования, позволяющих получать качественные изделия; для расчета параметров перерабатывающего оборудования, размеров рациональной оснастки и формующего инструмента. Реологические свойства полимера зависят от молекулярной массы полимера, параметров деформирования, реализуемых при формовании (температуры Т и скорости сдвига, также от содержания воды в исходном материале (до переработки).

Зная показатель текучести расплава ПТР или ньютоновскую вязкость при некоторой фиксированной температуре или среднее значение молекулярной массы, можно рассчитать вязкость полимера при различных скорости сдвига γ и температуре Т в конкретных условиях переработки с учетом содержания воды в материале.

Метод литья под давлением обладает рядом преимуществ по сравнению с методом прессования термопластов. Главными преимуществами являются: высокая производительность за счет нагрева термопласта вне литьевой формы, что позволяет впрыскивать расплав в непрерывно охлаждаемую форму; высокая точность размеров и чистота готовых изделий; минимальная дополнительная обработка изделий, которая сводится только к удалению следов литника, так как изделия не имеют заусенцев (грата) по плоскости разъема литьевой формы; экономичность, достигаемая вследствие небольшого износа литьевых форм (из-за отсутствия трущихся частей, к литьевых форм (по сравнению с пресс-формами), что облегчает операции по их установке на литьевой машине; возможность изготовления изделий сложной конфигурации, тонкостенных, со слабой арматурой, с длинными оформляющими знаками, так как смыкание

литьевой формы происходит до заполнения ее материалом; возможность полной автоматизации процесса изготовления изделий [4, с.8].

В то же время литье под давлением имеет ряд недостатков. Во-первых, велики начальные затраты на оборудование. Во-вторых, во многих случаях высока стоимость литьевых форм. В-третьих, литьем под давлением трудно получить изделия с большой разнотолщинностью без поверхностных или других дефектов [4,с.8].

Переработка термопластов литьем под давлением осуществляется на литьевых машинах. Различают литьевые машины с различными объемами впрыска.

Литьем под давлением изготавливают разнообразные детали машин и аппаратов (шестерни, винты, гайки, подшипники, ручки, уплотнительные кольца, арматура, вентили, текстильные шпули и т.п.). В электротехнике используются следующие литьевые изделия: выключатели, клеммы, плиты, кожухи приборов, кнопки и другие детали, изготовленные литьем под давлением. В медицине, строительстве, в быту и для упаковки также применяются различные литьевые изделия из термопластов.

Литье под давлением периодический процесс, в котором технологические операции выполняются в определенной последовательности и по замкнутому циклу. Поэтому процесс литья довольно просто автоматизируется с использованием простейших серийных приборов, таких как реле времени, регуляторы давления и электронные потенциометры, а с помощью датчиков, преобразующих технологические параметры в электрические сигналы, легко может быть переключен на управление с ЭВМ. Это позволяет существенно повысить эффективность производства [1,с.246].

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Теоретические основы процесса

2.1.1 Химические и физико-химические основы процесса

Процесс формования изделий из пластмасс осуществляется, когда полимеры находятся преимущественно в вязкотекучем состоянии и лишь в некоторых случаях (пневмовакуумное формование) – в высокоэластическом. При охлаждении изделий полимер переходит в твердое агрегатное состояние в результате стеклования или кристаллизации. Переход из одного физического состояния в другое, а также процессы плавления и кристаллизации происходят при определенных значениях температур, знание и использование которых необходимо при выборе режимов переработки полимеров. Так, в зависимости от температуры стеклования и плавления (текучести) изменяются время охлаждения изделия, температура формы и рабочих узлов литьевых машин. Большое практическое значение имеют такие характеристики, как скорость кристаллизации, теплота плавления, а также изменение размеров и конфигурации структурных образований кристаллизующихся полимеров в зависимости от условий формования и охлаждения изделий.

Физическое состояние термопластов. Термопласты могут находиться в трех физических состояниях: твердом (кристаллическом или стеклообразном), высокоэластическом и вязкотекучем. Способность термопластов переходить в вязкотекучее состояние позволяет перерабатывать их литьем под давлением и другими методами. Для правильного выбора метода и условий переработки важно знать особенности поведения термопластов во всех физических состояниях.

Особую роль в процессе переработки термопластов играют условия возникновения и развития деформации, поскольку основной целью переработки является придание термопласту определенной формы, а это, естественно, связано с деформацией полимера.

Температура перехода из одного состояния в другое зависит от условий опыта, от скорости деформации, от скорости нагревания и охлаждения, и величины действующей силы. Поэтому не существует определенной температуры перехода из одного состояния в другое, а имеется некоторый интервал температур, в котором происходит постоянное изменение свойств.

Эти интервалы называются интервалом стеклования и интервалом появления текучести. У кристаллических полимеров переход из кристаллического в высокоэластическое или вязкотекучее состояние определяется температурой плавления (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 - Термомеханические кривые аморфного (1) кристаллического (2) полимеров

При нагревании аморфного полимера и воздействии постоянной нагрузки на термомеханической кривой четко просматриваются три физических состояния: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее (рис.2.1). При температуре ниже температуры стеклования (Т_с) аморфный полимер находится в твердом агрегатном состоянии, при этом сегменты макромолекул зафиксированы в пространстве и деформация происходит за счет изменения валентных углов между атомами [1, с. 10].

Способность полимеров переходить в стеклообразное состояние позволяет достигать определенной конструкционной жесткости изделий и применять их при стеклования является нижней границей, до которой целесообразно проводить охлаждение изделия после формования его в процессе переработки полимеров.

Температура плавления как определенная характеристика отсутствует у кристаллических полимеров. При охлаждении кристаллизующихся полимеров за счет совместной упорядоченной укладки отрезков макромолекул происходит образование структур, что затрудняет переход их из одной конформации в другую. Вследствие этого гибкость макромолекул в обычных условиях проявиться не может и высокоэластичность исчезает (рис.2.1). Высокоэластичность возникает у этих полимеров только при температурах близких к температуре плавления. Таким образом, высокоэластическое состояние у кристаллизующихся полимеров находится между температурой плавления (Т_пл) и температурой текучести (Т_т) и зависит в значительной степени от молекулярной массы и скорости охлаждения [1, с.11].

Теплофизические свойства термопластов. Теплофизические свойства термопластов играют важную роль в процессе литья под давлением. Они имеют определенное значение на таких стадиях процесса литья, как нагревание и охлаждение. Скорость распространения температуры в материале при его нагреве зависит не только от теплофизических характеристик, но и от плотности; чем выше теплопроводность, тем быстрее происходит передача тепла в материале; чем ниже теплопроводность, тем меньше требуется тепла для повышения температуры. При нагревании некоторых полимеров тепло расходуется не только на повышение температуры, но и на изменение их агрегатного состояния. Так, кристаллические полимеры при нагревании плавятся, а дополнительное количество тепла на это называют теплотой плавления.

Кристаллические полимеры по сравнению с аморфными обладают не только более высокой удельной теплоемкостью, но и большей энтальпией (теплосодержанием) (рис.2.2). Время затвердевания расплава термопласта очень важно при процессе литья.

Рисунок 2.2 –

Реологические свойства расплавов термопластов. Для литья под давлением важнейшее значение имеют реологические свойства расплавов полимеров, так как они определяют технологию, конструктивное оформление процесса литья под давлением и свойства получаемых изделий. Реология изучает деформацию и течение в материалах под воздействием внешних сил. Характер течения жидкостей оценивается с помощью зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига или скорости деформации. Эта зависимость может быть представлена графически или в виде аналитической функции - реологическим уравнением состояния. Расплавы полимеров обычно являются псевдопластичными жидкостями, у которых вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига или напряжения сдвига. Течение таких систем описывается уравнением:

(2.1)

где τ - напряжение сдвига; γ — скорость сдвига; κ - коэффициент, характеризующий меру консистенции расплава; n - показатель степени, характеризующий степень отклонения закономерности течения от ньютоновского закона [1, с.40].

Наиболее полные реологические свойства расплавов полимеров при любой температуре могут быть представлены кривыми течения, характеризующими зависимость между напряжением сдвига и скоростью сдвига и вязкостью и скоростью сдвига в соответствии с рис.2.3. Кривые течения позволяют описать реологическое поведение термопластов в широком интервале температур и скоростей сдвига, свойственных переработке полимеров методом литья под давлением.

Рисунок 2.3 - Зависимость напряжения сдвига (а) и вязкости от скорости

сдвига (б)

Для псевдопластичных жидкостей характерно уменьшение вязкости с увеличением скорости сдвига (рис.2.3б). Проявление аномалии вязкости, в данном случае уменьшение ее с ростом скорости сдвига, объясняется тем, что с увеличением скорости течения асимметричные частицы постепенно ориентируются. При этом вязкость убывает до тех пор, пока сохраняется возможность дальнейшего ориентирования частиц, а затем зависимость напряжения от градиента скорости становится линейной, т.е. в дальнейшем течет как ньютоновская жидкость.

Технологические свойства пластических масс. Выбор методов переработки полимеров и расчет технологических параметров проводится с учетом технологических свойств материалов: текучести, влажности, времени отверждения, дисперсности, усадки и объемных характеристик. В зависимости от значений этих показателей полимеры можно считать технологичными или нетехнологичными.

Текучесть характеризует способность полимеров к вязкому течению при воздействии внешних усилий и численно равна обратной величине вязкости 1/η. Наиболее полная количественная оценка текучести может быть дана с использованием реологических характеристик, однако, применяются и другие показатели, например, показатель текучести расплава. По значению показателя

текучести расплава проводится предварительный выбор метода переработки

полимеров. Литьем под давлением можно перерабатывать полимеры с показателем текучести расплава 1,2-15 г/10мин. Поскольку определенную конфигурацию и размеры изделий принимает в форме, когда полимер находится в расплаве с пониженной плотностью, то последующее охлаждение вызывает изменение объема полимера и соответственно уменьшение линейных размеров изделия, т.е. появление усадки [1, с.88]. Усадка У (в %) характеризует уменьшение линейных размеров изделий по отношению к размерам формующего инструмента: [1,с.88]

(2.2)

где - размер формующей полости при 20 °С;- размер изделия при 20°С.Наибольшая усадка имеет место при переработке пластмасс литьем под давлением, поскольку при этом методе формования, расплав затекает (впрыскивается) в замкнутую форму и охлаждение происходит с наружной поверхности. В случае создания недостаточного давления, охлаждение расплава обуславливает значительное уменьшение объема полимера, поэтому внутри изделия появляются пустоты или изделие имеет большую усадку. При увеличении давления, плотность расплава полимера повышается, и усадка становится меньше, а при повышении температуры усадка возрастает. При изготовлении изделий литьем под давлением, чтобы снизить усадку изделий, после заполнения формы, расплав необходимо сжать под давлением.

При транспортировании в открытой таре и при длительном хранении в сырых помещениях в полимерах может увеличиваться содержание влаги в основном за счет гигроскопичности материала (адсорбционная влага) или конденсации ее на поверхности полимера (внешняя влага). Содержание влаги определяется перед переработкой полимерных материалов. При переработке термопластичных полимеров с повышенным содержанием влаги ухудшается адгезионная способность. Поэтому при литье под давлением в изделиях могут образовываться поры и пустоты, а на поверхности серебристые полосы.

Повышенное содержание влаги снижает физико-механические свойства изделий, ухудшает их диэлектрические показатели [1, с.94].

К объемным характеристикам относятся насыпная плотность, удельный объем, а также коэффициент уплотнения.

Удельный объем - величина, характеризующая отношение объема, занимаемого пресс-порошком, к его массе. Этот показатель используется в основном для пресс-порошков или порошкообразных полимеров. Удельный объем зависит в основном от дисперсности порошка и его однородности, а также от формы частиц. Насыпная плотность - величина, обратная удельному объему. В зависимости от этих показателей рассчитывают объем загрузочных устройств, бункеров, а также отдельные размеры перерабатывающего оборудования. Особенно велико значение удельного объема при переработке пластмасс на экструзионных или литьевых агрегатах, т.к. в зависимости от насыпной плотности изменяется производительность агрегата и давление в цилиндре [1,с.95].