Пресс-формы для производства полиэтиленовых колпаков

Содержание Введение

1. Назначение колпаков и основные требования к ним

2. Выбор материала

3. Оборудование, инструмент, основные и вспомогательные материалы

4. Технологический процесс изготовления колпаков для баллонов

5. Выбор и расчет основного оборудования

6. Вторичная переработка полимеров Заключение Литература

Баллонное производство широко развито в Украине. Вместе с тем стоит вопрос массового производства колпаков для баллонов, причем с повышением различных качественных показателей баллонного производства уровень требований к колпакам также заметно возрастает.

В нынешних условиях первостепенными задачами, стоящими перед баллонным производством, является расширение сортамента продукции, а также повышение качества с ориентацией на внешний рынок. Перед производством колпаков, как следствие, стоит задача расширения производства, улучшения качества и снижения стоимости материалов. Немаловажным фактором, особенно в условиях города Мариуполя, является вопрос внедрения безотходного производства.

1. Назначение колпаков и основные требования к ним

Предохранительный колпак представляет собой литое изделие, служащее для предохранения колец горловин и вентилей от повреждений при транспортировке. Защита от пыли и влаги.

Готовое изделие (колпак для баллонов) не должно иметь трещин, недоливов, вздутий, расслоений и металлических включений.

Требуемая плотность составляет 0,90−0,92 г/см³. Температура стеклования должна составлять от -120°С до -130°С. Требуемая твердость по Шору составляет 64 единицы, требуемый показатель текучести расплава — 32 г/10мин.

Допускается: наличие облоя, не выходящего за допуски габаритных размеров изделия, наличие следов от литформы (риски, царапины, наплывы, забоины).

Колпаки являются комплектующей частью баллона для сжатых и сжиженных газов. Основная функция колпака — защищать от случайного попадания грязи и различных веществ на вентиль, а также загрязнения резьбы. Форма и геометрические размеры изделий должны соответствовать образцу-эталону и требованиям чертежа.

Колпак не является несущей конструкцией и значительных физических нагрузок в процесс эксплуатации он не испытывает. Резьбовая его часть работает на истирание. Кроме того, исходя из эксплуатационных характеристик баллонов, целесообразно, чтобы колпаки имели минимальную массу, что весьма важно для баллонов, транспортируемых зачастую вручную. Колпаки не должны быть горючими и инертными к агрессивным средам: аммиаку, хлору и желательно не ржавели в резьбовом состоянии. Колпаки в практике отечественного и зарубежного производства сосудов изготавливаются из различных материалов.

Колпак должен иметь достаточный модуль упругости на изгиб, чтобы при навинчивании колпака не срывалась резьба и не деформировался колпак.

Таким образом, к колпаку предъявляются также требования: предел прочности на изгиб не менее 6000 МПа, модуль упругости на изгиб не менее 1500 МПа.

Колпак изображен на рис. 1.1.

Рисунок 1.1. Эскиз баллонного колпака

2. Выбор материала

Материалом для изготовления колпаков может служить полимер с наилучшим комплексом свойств и относительно низкой ценой. Наибольшее применение получили полиэтилен, полиизобутилен, полиэтилакрилат и полипропилен. Обладая примерно одинаковым диапазоном плотности и показателя текучести расплава, температура стеклования у данных материалов отличаются достаточно сильно. Лучшими показателями температуры стеклования обладают именно полимеры, поэтому на них и остановим свой выбор.

Материалом, который удовлетворяет всем требованиям к изделию, является полиэтилен высокого (ГОСТ 16 337−77) и низкого давления (ГОСТ 16 338−85), поставляемый в гранулах. Входной контроль сырья производит ОТК согласно сертификатам или иной сопроводительной документации.

Для изготовления колпака используется следующая смесь сырья: 2 весовых части ПЭВД марок 15 803−020 (15 813−020, 10 803−020) по ГОСТ 16 337–77 и 1 весовая часть ПЭНД марок 17 773 (276−73) по ГОСТ 16 338–85 или других марок, предназначенных для изготовления технических изделий согласно НД на сырье.

В табл. 2.1. и 2.2. показаны основные нормы показателей качества рассмотренных марок полиэтилена.

Таблица 2.1

Нормы показателя качества и композиций газофазного полиэтилена высокого давления ГОСТ 16 337–77

Таблица 2.2

Нормы показателя качества и композиций газофазного полиэтилена низкого давления ГОСТ 16 338–85

Применяемые марки полиэтилена могут быть заменены на более экономичные. Заменить марки, применяемые баллонным цехом в производстве колпаков, могут следующие марки полиэтилена: 20 708−016, 20 808−024, 20 908−040 и 21 008−075. Обладая примерно одинаковым уровнем необходимых технологических показателей с используемыми марками, предлагаемые марки дешевле на 10%.

В табл. 2.3. приведены свойства предлагаемых марок.

Таблица 2.3

Нормы показателя качества и композиций суспензионного полиэтилена ГОСТ 16 338–85

Анализ представленных таблиц позволяет сделать окончательный выбор материала для производства заданного изделия. С учетом того, что показатели основных технологических параметров у представленных групп марок полиэтилена примерно одинаковы, но группа марок суспензионного полиэтилена имеет более низкую (примерно на 10%) стоимость. Таким образом, в качестве материала для изготовления баллонных колпаков мы выбираем группу марок суспензионного полиэтилена (20 108−001, 20 208−002, 20 308−005, 20 408−007, 20 508−007, 20 608−012).

3. Оборудование, инструмент, расходные и вспомогательные материалы

Для производства колпаков используется машина однопозиционная для литья под давлением термопластических материалов модели ДЕ 3132−250 Ц1 по ТУ 2.041−270−83.

Техническая характеристика машины приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Техническая характеристика пресс-формы однопозиционной модели ДЕ 3132−250 Ц1

Пресс-форма однопозиционной модели ДЕ 3132−250 Ц1 работает в режиме «полуавтомат», т. е. после каждого полного цикла машина останавливается, но не выключается.

Если качество детали не отвечает нужным требованиям, то машине задают другой режим работы. Машина также может работать в четырех режимах: «ручной» режим, режим «автомат», режим «полуавтомат», режим «настройка».

Детали, для изготовления которых требуются знаки, изготавливаются при работе в режиме «полуавтомат».

Пресс-форма изображена на рис. 3.1.

Рисунок 3.1. Пресс-форма однопозиционная Полиэтилен выпускают без добавок — базовые марки и в виде композиций на их основе со стабилизаторами и другими добавками в окрашенном и не окрашенном виде.

В качестве модификатора для марок суспензионного полиэтилена используют альфа-бутилен.

Кроме того, для марок суспензионного полиэтилена используются следующие добавки: термостабилизатор, светостабилизатор и антикоррозионная добавка.

4. Технологический процесс изготовления колпаков для баллонов

Технологический процесс изготовления колпаков для баллонов включает следующие основные технологические операции:

1. Подготовка сырья;

2. Задание программы на термопласт;

3. Изготовление изделия;

4. Пробивка технологических отверстий;

5. Упаковка, транспортировка и хранение.

Полиэтилен должен выпускаться в виде гранул с одинаковой геометрической формой в пределах одной партии, размер их в любом направлении должен быть 2−5 мм. Для базовых марок и композиций полиэтилена допускают гранулы размером свыше 5 до 8 мм, массовая доля для которых не должна превышать 0,25% и гранулы размером свыше 1−2 мм, массовая доля которых не должна превышать 0,5%.

Для полиэтилена второго сорта допускается сырье и окисленные гранулы, массовая доля которых не должна превышать 0,1%.

В окрашенном виде и неокрашенном полиэтилене второго сорта, в котором массовая доля гранул другого цвета не должна превышать 0,04%.

Полиэтилен принимают партиями. Партией считают количество полиэтилена одной марки и одного сорта массой не менее 1 т, сопровождаемые одним документом о качестве.

Последовательность выполнения операций:

1. Получить со склада сырье, если оно хранилось при температуре ниже +10?С, то до начала переработки его необходимо выдержать в цехе не менее 12 часов.

2. Задать технологические режимы переработки полимера на пресс-форме на конкретное изделие (колпак);

3. Включить обогрев материального пуансона пресс-формы. Нагрев длится в течение 1,0−1,5 часа.

4. Сушить сырье в сушильном при температуре 70? С не более одного часа.

5. Установить литформу на пресс-форму.

6. Загрузить подготовленное сырье в бункер.

7. Установить резьбознаки в пресс-форму. Переход выполнять для колпака.

8. Включить пресс-форму.

9. Отрегулировать усилие запирания формы, дозу впрыска полимера на одну отливку, время выдержки под давлением и время охлаждения изделия в форме до получения качественной отливки в автоматическом режиме.

10. Разомкнуть пресс-форму и снять деталь, удалить литник.

11. Опустить детали с резьбознаками в водяную ванну.

12. Установить деталь с резьбознаком на приспособление и скрутить деталь с резьбознака;

13. Установить деталь в приспособление НС и выполнить пробивку технологических отверстий детали;

14. Выполнить осмотр изделия на отсутствие облоя, недолива, трещин, расслоений и металлических включений;

15. Сдать готовое изделие на склад.

16. Хранить готовую продукцию в крытых складских помещениях на расстоянии не менее 1 м от отопительных приборов.

5. Выбор и расчет количества основного оборудования

Определим необходимое количество основного оборудования. Годовая программа выпуска составляет 12 000 в год.

Таблица 4.1

Производственная программа для участка баллонного цеха по производству колпаков для баллонов

Сначала определим эффективный годовой фонд времени работы оборудования:

Ф = (365 — В — П) ^. С ^. _с ^. [1 — (Р + П) / 100]

где Ф — эффективный (действительный) фонд времени работы оборудования, ч;

В — количество выходных дней в году;

П — количество праздничных дней;

С — количество смен в сутки;

_с — длительность смены, ч;

П — потери времени на переналадку, %. П = 0…5%;

Р — потери на профилактику и ремонт, %. З = 3…10%.

Принимаем: В = 104 дня, П = 8 дней, С = 2 смены, _с = 8 часов, П = 5%, З = 10%, тогда

Ф = (365 — 104 — 8) ^. 2 ^. 8 ^. [1 — (5 + 10) / 100] = 3441 часов.

Определим программу запуска:

где — годовая программа выпуска;

f — процент брака (0,5 — 2%).

Принимаем: f = 2%.

Необходимое количество оборудования определяется по формуле:

где G — часовая производительность оборудования, кг/ч;

Ф — эффективный фонд времени, ч.

Принимаем количество пресс-форм равное двум.

Далее определяется коэффициент загрузки оборудования (К_ч):

где n_рас — расчетное количество оборудования;

n — принятое количество оборудования.

Рекомендуется К₃ = 0,85 — 0,95.

В нашем случае:

Таким образом, для участка необходимо 2 пресс-формы. Дополнительно необходимо предусмотреть одну пресс-форму, для обеспечения бесперебойной работы и выполнения программы, на случай, если одна из печей выйдет из строя.

пресс колпак баллон полимер

6. Вторичная переработка отходов полимеров

Измельчение — очень важный этап подготовки отходов к переработке, так как степень измельчения определяет объемную плотность, сыпучесть и размеры частиц получаемого продукта. Регулирование степени измельчения позволяет механизировать процесс переработки, повысить качество материала за счет усреднения его технологических характеристик, сократить продолжительность других технологических операций, упростить конструкцию перерабатывающего оборудования.

Весьма перспективным способом измельчения является криогенный, который позволяет получать порошки из отходов со степенью дисперсности 0,5…2 мм. Использование порошковой технологии имеет ряд преимуществ: снижение продолжительности смешения; сокращение расхода энергии и затрат рабочего времени на текущее обслуживание смесителей; лучшее распределение компонентов в смеси; уменьшение деструкции макромолекул и др.

Из известных методов получения порошкообразных полимерных материалов, используемых в химической технологии, для измельчения отходов термопластов наиболее приемлемым является способ механического измельчения. Механическое измельчение можно осуществлять двумя путями: криогенным способом (измельчение в среде жидкого азота или другого хладоагетна и при обычных температурах в среде дезагломерирующих ингредиентов, которые являются менее энергоемкими.

Далее измельченные отходы подают на отмывку в моечную машину 3. Отмывку ведут в несколько приемов специальными моющими смесями. Отжатую в центрифуге 4 массу с влажностью 10…15% подают на окончательное обезвоживание в сушильную установку 5, до остаточного содержания влаги 0,2%, а затем в гранулятор 6 (рис. 6.1).

Рисунок 1.1 Схема вторичной переработки полиолефинов в гранулы:1 — узел сортировки отходов; 2 — дробилка; 3 — моечная машина; 4 — центрифуга; 5 — сушильная установка; 6 — гранулятор Для сушки отходов применяют сушилки различных типов: полочные, ленточные, ковшевые, с «кипящим» слоем, вихревые и т. д.

За рубежом выпускают установки, в которых есть устройства и для мойки, и для сушки производительностью до 350…500 кг/ч. В такой установке измельченные отходы загружают в ванну, которую заполняют моющим раствором. Пленка перемешивается лопастной мешалкой, при этом грязь оседает на дно, а отмытая пленка всплывает. Обезвоживание и сушку пленки осуществляют на вибросите и в вихревом сепараторе. Остаточная влажность составляет менее 0,1%.

Грануляция является заключительной стадией подготовки вторичного сырья для последующей переработки в изделия. Эта стадия особенно важна для ВПЭНП в связи с его низкой насыпной плотностью и трудностью транспортирования. В процессе гранулирования происходит уплотнение материала, облегчается его дальнейшая переработка, усредняются характеристики вторичного сырья, в результате чего получают материал, который можно перерабатывать на стандартном оборудовании.

Для пластикации измельченных и очищенных отходов ПО наиболее широкое применение нашли одночервячные экструдеры с длиной (25…30) D, оснащенные фильтром непрерывного действия и имеющие зону дегазации. На таких экструдерах довольно эффективно перерабатываются практически все виды вторичных термопластов при насыпной плотности измельченного материала в пределах 50…300 кг/м3. Однако для переработки загрязненных и смешанных отходов необходимы червячные прессы специальных конструкций, с короткими многозаходными червяками (длиной (3,5…5) D), имеющими цилиндрическую насадку в зоне выдавливания.

Основным блоком этой системы является экструдер с мощностью привода 90 кВт, диаметром шнека 253 мм и отношением L/D= 3,75. На выходе экструдера сконструирована гофрированная насадка диаметром 420 мм. Благодаря выделению тепла при трении и сдвиговым воздействиям на полимерный материал он плавится за короткий промежуток времени, причем обеспечивается быстрая гомогенизация расплава. Изменяя зазор между конусной насадкой и кожухом, можно регулировать усилие сдвига и силу трения, изменяя при этом режим переработки. Поскольку плавление происходит очень быстро, термодеструкции полимера не наблюдается. Система снабжена узлом дегазации, что является необходимым условием при переработке вторичного полимерного сырья.

Вторичные гранулированные материалы получают в зависимости от последовательности процессов резки и охлаждения двумя способами: грануляцией на головке и подводным гранулированием. Выбор способа гранулирования зависит от свойств перерабатываемого термопласта и, особенно от вязкости его расплава и адгезии к металлу.

При грануляции на головке расплав полимера выдавливается через отверстие в виде цилиндрических жгутов, которые отрезаются скользящими по фильерной плите ножами. Полученные гранулы ножом отбрасываются от головки и охлаждаются. Резание и охлаждение можно производить в воздушной среде, в воде, либо резанием в воздушной среде, а охлаждение — в воде. Для ПО, которые имеют высокую адгезию к металлу и повышенную склонность к слипанию, в качестве охлаждающей среды применяют воду.

При использовании оборудования с большой единичной мощностью применяют так называемое подводное гранулирование. При этом способе расплав полимера выдавливается в виде стренг через отверстия фильерной плиты на головке сразу в воду и разрезается на гранулы вращающимися ножами. Температура охлаждающей воды поддерживается в пределах 50…70 °С, что способствует более интенсивному испарению остатков влаги с поверхности гранул; количество воды составляет 20…40 м3 на 1 т гранулята.

Чаще всего в головке грануляторов формуются стренги или ленты, которые гранулируются после охлаждения в водяной ванне. Диаметр получаемых гранул составляет 2…5 мм.

Охлаждение должно проводиться при оптимальном режиме, чтобы гранулы не деформировались, не слипались, и чтобы обеспечивалось удаление остатков влаги.

Существенное влияние на распределение гранул по размерам оказывает температура головки. Для обеспечения равномерной температуры расплава между экструдером и выходными отверстиями головки располагают решетки. Число выходных отверстий в головке — 20…300.

Производительность процесса гранулирования зависит от вида вторичного термопласта и его реологических характеристик. Исследования гранулята ВПЭ свидетельствуют о том, что его вязкотекучие свойства практически не отличаются от свойств первичного ПЭ, т. е. его можно перерабатывать при тех же режимах экструзии и литья под давлением, что и первичный ПЭ. Однако получаемые изделия характеризуются низкими качеством и долговечностью.

Большой научный и практический интерес представляет создание наполненных полимерных материалов на основе вторичного полиэтиленового сырья. Использование полимерных материалов из вторичного сырья, содержащих до 30% наполнителя, позволит высвободить до 40% первичного сырья и направить его на производство изделий, которые нельзя получать из вторичного (напорные трубы, упаковочные пленки, транспортная многооборотная тара и др.). Это в значительной степени сократит дефицит первичного полимерного сырья. Для получения наполненных полимерных материалов из вторичного сырья можно использовать дисперсные и армирующие наполнители минерального и органического происхождения, а также наполнители, которые можно получать из полимерных отходов (измельченные отходы реактопластов и резиновая крошка). Наполнению можно подвергать практически все отходы термопластов, а также смешанные отходы, которые для этой цели использовать предпочтительней и с экономической точки зрения.

Например, целесообразность применения лигнина связана с наличием в нем фенольных соединений, способствующих стабилизации ВПЭН при эксплуатации; слюды — с получением изделий, обладающих низкой ползучестью, повышенной теплои атмосферостойкостью, а также характеризующихся небольшим износом перерабатывающего оборудования и низкой стоимостью. Каолин, ракушечник, сланцевая зола, угольные сферы и железо применяются как дешевые инертные наполнители.

При введении в ВПЭ мелкодисперсного фосфогипса, гранулированного в полиэтиленовом воске, получены композиции, имеющие повышенное удлинение при разрыве. Этот эффект можно объяснить пластифицирующим действием полиэтиленового воска. Так прочность при разрыве ВПЭ, наполненного фосфогипсом на 25% выше, чем у ВПЭ, а модуль упругости при растяжении больше на 250%.

Усиливающий эффект при введении во ВПЭ слюды связан с особенностями кристаллического строения наполнителя, высоким характеристическим отношением (отношением диаметра чешуйки к толщине), причем применение измельченного, порошкообразного ВПЭ позволило сохранить строение чешуек при минимальном разрушении.

Композиции, содержащие лигнин, сланцы, каолин, сферы, отходы сапропеля, обладают сравнительно невысокими физико-механическими показателями, зато они являются наиболее дешевыми и могут найти применение при производстве изделий строительного назначения.

ВЫВОДЫ

1. Критериями выбора материала баллонных колпаков: плотность материала, температура стеклования, стоимость материала, а также оборудование, необходимое для прессования колпаков. На основании соответствия заданным параметрам была выбрана группа марок суспензионного полиэтилена (20 108−001, 20 208−002, 20 308−005, 20 408−007, 20 508−007, 20 608−012). В качестве модификатора для марок суспензионного полиэтилена используют альфа-бутилен.

2. В процессе переработки полимеры подвергаются воздействию высоких температур, сдвиговых напряжений и окислению, что приводит к изменению структуры материала, его технологических и эксплуатационных свойств. На изменение структуры материала решающее влияние оказывают термические и термоокислительные процессы.

1. Дан Л. А. Методическое пособие к выполнению курсового проекта по курсу «Оборудование тепловой обработки материалов и изделий» для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 7.90 101 «Прикладное материаловедение» / Л. А. Дан. — Мариуполь: ПГТУ, 2005. — 25 с.

2. Свичинский А. Д. Пресс-формы / А. Д. Свичинский. — Ч.1. — М.: Мир, 1975. — 681с.

3. Соколов К. Н. Оборудование термических цехов. Учебное пособие для ВУЗов / К. Н. Соколов. — Киев; Донецк: Вища школа, 1984. — 328 с.

4. Купреев К. М. Баллонное производство. — М.: Институт информации по машиностроению, 1972. 319 с.

5.Кузнецов И. А. Эксплуатация и механическая защита баллонов/ И. А. Кузнецов,-М: Современник.-2004.-140с.

6.Интернет-портал «Производственные инновации-2009»

www.techicalinnovations.com

7.Архипова З. В. Полиэтилен высокого и низкого давления / З. В. Архипова.- М: Металлургия.-1988.-160с.

8.Смирнов П. Ю. Производство баллонов / П. Ю. Смирнов.- М: ДЕАН.-2006.-300с.