- •2.1.1 Химические и физико-химические основы процесса
- •2.1.2 Технологические основы процесса
- •2.2 Характеристика исходного сырья
- •2.3 Характеристика готовой продукции
- •2.4 Разработка принципиальной схемы производства
- •2.5 Материальный расчет производства
- •2.6 Описание технологической схемы производства
- •2.7 Расчет технологических параметров
- •2.7.1 Расчет технологических параметров для кожуха хк-250-00.000.02
- •2.7.1.1 Определение температуры расплава
- •2.7.1.2 Расчет площади основного изделия – кожуха хк-250-00.000.02 в плоскости разъема формы
- •2.7.1.3 Расчет основных параметров литниковой системы
- •2.7.1.4 Определение температуры расплава после впрыска и сжатия расплава полимера
- •2.7.1.5 Время выдержки под давлением
- •2.7.1.6 Определение времени выдержки при охлаждении
- •2.7.2.1 Расчет технологических параметров для корпуса воздуховода подачи nf 1.1.1.1.0.0.1
- •2.7.2.2 Расчет площади основного изделия « корпус воздуховода подачи
- •2.7.2.5 Определение температуры расплава
- •2.7.2.4 Определение температуры расплава после впрыска и сжатия расплава полимера
- •2.7.2.5 Определение времени выдержки под давлением
- •2.7.2.6 Определение времени выдержки при охлаждении
- •2.8 Выбор и расчет основного и вспомогательного оборудования
- •2.8.1 Выбор термопластавтомата по усилию смыкания и объему впрыска
- •2.8.1.1 Расчет усилия смыкания и объема впрыска
- •2.8.1.2 Расчет усилия смыкания и объема впрыска
- •2.8.2 Расчет количества литьевых машин
- •2.8.2.1.2 Определение основного времени
- •2.8.2.1.3 Определение вспомогательного неперекрываемого времени
- •2.8.2.1.4 Определение нормы штучного времени
- •2.8.2.1.6 Определение количества литьевых машин
- •2.8.2.2 Расчет количества литьевых машин для Кожуха хк 250.00.000.02
- •2.8.2.2.1 Определение типа производства
- •2.8.2.2.2 Определение основного времени
- •2.8.2.2.4 Определение нормы штучного времени
- •2.8.2.2.5 Определение времени, необходимого на выполнение годовой программы
- •2.8.2.2.6 Определение количества литьевых машин
- •2.9.1 Механический расчет
- •2.9.2 Тепловой расчет
- •3 Строительно-монтажная часть
- •Нпб 105-03.Общесоюзные нормы технологического проектирования. Определений помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ПС - полистирол
ТПА – термопластавтомат
ПТР – показатель текучести расплава
Нр – норма расхода сырья
Рд – масса детали
П – план выпуска детали за год
Тл – температура расплава перед впрыском в форму
Тф – температура формы
Кл – поправочный коэффициент, учитывающий течение полимера во время подпидки
tв – время выдержки под давлением
Т0 – температура охлаждающей поверхности формы
t0 – время выдержки при охлаждении
Тр – температура расплава
Еу – энергия активации вязкого течения
R – газовая постоянная
N – гнездность формы
Nсм – усилие смыкания
Рф – давление в форме
Рл – масса литниковой системы
Qот - объем отливки
Fизд – площадь изделия
tшт – штучное время для литья деталей
δ – толщина стенки
α – коэффициент учитывающий затраты времени
γ – скорость сдвига
τ – напряжение сдвига
tсм – время на смыкание формы
tпд – время на подвод материального цилиндра
tрз – время на размыкание формы
tосн - основное время
tвсп – вспомогательное время
tуд - время на удаление остатка литника
tпу - время пуска или остановки машины
tпр - время на протирку гнезд формы
m – количество литьевых машин
tом - 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 (Тс) 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 (Тпл) и температурой текучести (Тт) 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].