Проект участка производства изделия «Колпачок КД-45» методом литья под давлением

Пластмассами называются такие материалы, которые содержат в качестве основного компонента полимер, при переработке в изделие проявляющий пластические свойства, а в обычных условиях представляющий собой твёрдые или упругие вещества. Многолетний опыт показал, что успехи во многих отраслях народного хозяйства достигнуты в результате широкого развития и применения полимерных материалов. С развитием областей применения полимеров всё шире проявляются преимущественные свойства пластмасс по сравнению с традиционными материалами. Пластмассы всё чаще выступают как незаменимые материалы.

Использование пластических масс способствует ускоренному решению ряда технических проблем в приборои машиностроении, лёгкой и пищевой промышленности, строительстве и сельском хозяйстве, автомобилеи самолётостроении, медицине и ракетостроении. Без применения пластических масс немыслимо современное существование и развитие телефонии, радиоэлектроники, кабельной и электрической промышленности и многих других отраслей народного хозяйства.

В настоящее время практически нет ни одной области народного хозяйства, где бы ни использовались полимеры.

В машиностроении из полимеров стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и, в то же время, все чаще полимеры стали применяться в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих значительные нагрузки.

Термопласты — полимерные материалы, способные обратимо переходить при нагревании в высокоэластичное либо вязкотекучее состояние.

При обычной температуре термопласты находятся в твердом состоянии. При повышении температуры они переходят в высокоэластичное и далее — в вязкотекучее состояние, что обеспечивает возможность формования их различными методами. Эти переходы обратимы и могут повторяться многократно, что позволяет, в частности, переработку бытовых и производственных отходов из термопластов в новые изделия.

Полиэтилен — наиболее широко использующийся полимер. Он перерабатывается всеми способами переработки пластмасс.

Отдельный сегмент современного рынка — рециклинг полиэтилена. Многие компании в России и мире специализируются на покупке полиэтиленовых отходов с дальнейшей переработкой и продажей или использованием вторичного полиэтилена. Как правило, для этого применяется технология экструдирования очищенных отходов и последующим дроблением и получением вторичного гранулированного материала пригодного для изготовления изделий.

В связи с этим тема дипломного проекта является актуальной.

1. Теоретическая часть

1.1 Характеристика готовой продукции

Пластмассы, получаемые на основе термопластичных полимеров, называют термопластичными, или термопластами, а получаемые на основе термореактивных полимеров — реактопластами. В строительстве широко применяют термопласты на основе поливинилхлорида — декоративные пленки, линолеумы для покрытия полов, трубы и т. д.; полиэтилена — трубы, пленки, соединительные детали; полипропилена — ручки для окон и дверей, декоративные и вентиляционные решетки, корпуса для различных изделий. В качестве реактопластов используют бумажно-слоистые и древесно-слоистые пластики на основе фенолоформальдегидных и мочевиноформальдегидных смол.

Изделие «Колпачок КД-45» изготавливается из полиэтилена низкого давления марки 277−73.

КД — колпачок декоративный;

45 — диаметр колпачка.

Изделие предназначено для предохранения распылительной головки от повреждения и случайного срабатывания клапана, для придания эстетичного вида аэрозольной упаковке.

Диаметр колпачка должен соответствовать данным технологического регламента 113−2005. Колпачок может выпускаться различных цветов. Дефекты поверхности (облой, недолив, серебрение и др) не допускаются, толщина стенок колпачка должна быть одинаковой. Готовое изделие не токсично. Упаковывается в коробки по 300 штук.

1.2 Характеристика сырья

Полиэтилены получаются полимеризацией этилена при высоком, низком и среднем давлении. В зависимости от этого различают полиэтилен высокого давления (ПЭВД) или низкой плотности, полиэтилен низкого давления (ПЭНД) или высокой плотности и полиэтилен среднего давления (ПЭСД).

ПЭ легко формируется и сваривается в изделия сложных форм, он стоек к ударным и вибрационным нагрузкам, химически стоек, отличается высокими изоляционными показателями.

ПЭ применяется для изоляции проводов и кабелей, как диэлектрик в высокочастотных и телевизионных установках. Из него изготавливают ёмкости для хранения агрессивных веществ, трубы, конструкционные детали, арматуру и т. д., а также пленки технического и бытового назначения.

Полимеризация ПЭНД проводится в присутствии катализаторов Циглера-Натта, которые представляют собой продукты взаимодействия алюминийалкилов или алюминийалкилгалогенидов с трехили четырёххлористым титаном. На практике чаще всего применяют систему четырёххлористый титан — диэтилалюминийхлорид.

Полимеризация этилена при низком давлении протекает по анионно-координационному механизму. Большое влияние на характер процесса и свойства полимера оказывает соотношение четырёххлористого титана и диэтилалюминийхлорида, обычно составляющее от 1:1 до 2:1.

Рисунок 1 — Технологическая схема полимеризации этилена при низком давлении Вначале приготовляют катализаторный комплекс Al (C₂H₅)₂Cl· TiCl₄ смешением бензиновых растворов диэтилалюминийхлорида и четыреххлористого титана в смесителе 1. В аппарате 2 катализаторный комплекс разбавляется бензином до концентрации 1 кг/м³. Суспензия катализаторного комплекса через промежуточную ёмкость 3 подаётся насосом в реактор-полимеризатор 4, куда вводится также смесь этилена с водородом ;

регулятором молекулярной массы полимера. Полимеризация протекает при 70−80 и давлении 0,15 — 0,20 МПа в течение примерно 6 ч. Теплота реакции полимеризации снимается за счёт интенсивного испарения бензина и уноса части этилена. Парогазовая смесь охлаждается в скруббере 5, орошаемом холодным бензином. Полученная суспензия ПЭ поступает из реактора на центрифугу 6, откуда бензин отводится на регенерацию, а отжатый полимер передаётся в аппарат для разложения 7, в котором происходит разложение остатков катализаторного комплекса метиловым или, лучше, изопропиловым спиртом (он менее летуч и токсичен, легче регенерируется).

При обработке катализаторного комплекса спиртом происходят следующие реакции:

Из аппарата 7 суспензия ПЭ поступает на центрифугу 8, откуда спирто-бензиновая смесь передаётся на нейтрализацию метилатом натрия и далее на регенерацию. Полиэтиленовая паста промывается в аппарате 9 спирто-бензиновой смесью. Окончательная промывка полимера проводится на центрифуге 10 регенированным растворителем или водой. Отжатый ПЭ поступает на сушку в кипящем слое горячим азотом, а затем — на грануляцию.

В связи с тем, что спирто-бензиновые промывки пожароопасны, разрабатываются процессы, в которых промывка отсутствует или заменена отпаркой.

Процесс производства ПЭНД осуществляется в атмосфере азота, т.к. катализаторный комплекс легко разлагается при действии влаги и кислорода воздуха.

Основной аппарат — полимеризатор представляет собой вертикальную цилиндрическую ёмкость из кислоупорной стали объёмом до 40 м³, в нижней части которой расположен барботер или эрлифт. Производительность аппарата 55 — 60 кг/(м³· ч).

Свойства полиэтилена Макромолекулы полиэтилена представляют собой цепи, состоящие из звеньев этилена — CH₂-CH₂-, на концах которых содержится некоторое количество групп — CH₃.

Структура ПЭНД отличается незначительной разветвленностью, поэтому его кристалличность значительно выше, чем у ПЭВД и составляет 75−90%. В связи с этим ПЭНД имеет более высокую плотность, теплостойкость и прочность, обладает большей стойкостью к действию органических растворителей и кислот, а также газонепроницаемостью. Однако он труднее перерабатывается в изделия и менее эластичен.

Полиэтилен — твёрдый материал, белый в толстом слое, бесцветный и прозрачный в тонком. Низкая температура стеклования аморфной фазы (около -80) обуславливает значительную морозостойкость полимера.

ПЭ весьма стоек к воде и водяным парам. При обычной температуре он не изменяется под действием минеральных кислот, растворов щелочей, а также многих растворителей. В ароматических и хлорированных углеводородах растворяется при нагревании до 70−80

При длительном нагревании на воздухе ПЭ медленно окисляется. При этом происходит его частичная деструкция, снижающая механические и диэлектрические свойства, а также частичное сшивание макромолекул, повышающее вязкость расплава и затрудняющее переработку полимера в изделия методами вальцевания, экструзии и др. для предотвращения окисления в полимер вводят стабилизаторы. Технические свойства при этом не ухудшаются.

Расшифровка марки ПЭНД 277−73:

ПЭНД — полиэтилен низкого давления;

7 — процесс полимеризации полиэтилена протекает при комплексных металлоорганических катализаторах при низком давлении;

77 — порядковый номер базовой марки, предназначенной для изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, а также для изготовления игрушек.

73 — номер и тип рецептуры добавок (термостабилизатор; придающий композиции стойкость к термоокислительному старению при первичной переработке, композиция не окрашена).

Полиэтилен марки ПЭНД 277−73 предназначен для изготовления изделий хозяйственного и бытового назначения методом литьевого формования. Это могут быть игрушки, не контактирующие с полостью рта ребенка, но изделия, контактирующие с пищевыми продуктами.

Таблица 1 — Физико-химические и диэлектрические свойства ПЭНД

Полиэтилен низкого давления — горючий материал. Температура воспламенения аэрозоля — не менее 280 °C. Аэровзвесь взрывоопасна: нижний предел воспламенения аэровзвеси 36−42 г.*м-3; максимальное давление взрыва 0,83−0,86 МПа; средняя скорость нарастания давления взрыва — 9,5−10,5 МПа*с-1, максимальная — 22,5−28,0 МПа*с-1. Температура самовоспламенения аэровзвеси 340−352°С, минимальная энергия зажигания — не менее 5,6 мДж, минимальное взрывоопасное содержание кислорода при разбавлении пылевоздушной смеси азотом — не менее 9% об.

1.3 Выбор и обоснование способа производства

Изделие «Колпачок КД-45» изготавливается из полиэтилена низкого давления, методом литья под давлением, так как он имеет относительно низкие температуру плавления и вязкость расплава при рабочей температуре.

Литьё под давлением является одним из основных методов переработки термопластов в изделия и позволяет изготавливать высококачественные изделия различной степени сложности.

В связи с высокой производительностью в основном применяется при крупносерийном и массовом производстве изделий. Высокая производительность достигается за счет того, что нагрев материала происходит вне формы и позволяет получать поштучные изделия массой от 1 грамма до 100 кг. Изделия получаются высокой точности и требуют минимум механической обработки.

Этим методом изготавливают различные изделия сложной конфигурации, детали с арматурой. Также перерабатывать материалы с различными наполнителями, например, стекловолокном.

Достоинства метода:

— универсальность по видам перерабатываемых пластиков;

— высокая производительность;

— высокое качество получаемых изделий;

— возможность изготовления деталей весьма сложной конфигурации или тонкостенных изделий;

— отсутствие дополнительной обработки конечного продукта (за исключением операции удаления литников);

— полная автоматизация процесса.

В настоящее время существует около 35 типов термопластов, перерабатываемых литьём под давлением. На основе того или иного термопласта выпускаются многочисленные марки материалов, отличающихся по физико-механическим показателям и предназначенных для разных целей.

На основе вышеперечисленного, в данном дипломном проекте методом изготовления изделия «Колпачок КД-45» выбрано литьё под давлением.

1.4 Характеристика основного и вспомогательного оборудования

Основным оборудованием в данном проекте является литьевая машина; вспомогательным — измельчитель, гранулятор и смеситель.

Литьевые машины классифицируют следующим образом:

— по объёму отливки (от 2 до 30· 10³см³);

— по конструкции инжекционного механизма (поршневые, червячно-поршневые, червячные);

— от вида перерабатываемого материала (термопласты, реактопласты);

— по взаимному расположению инжекционных и прессовых частей (угловые, горизонтальные, вертикальные);

— по принципу передачи электроэнергии от электродвигателя к рабочим органам (механические, гидравлические, гидромеханические, пневматические, пневмогидравлические);

— по количеству инжекционных и прессовых частей (однои многоцилиндровые);

— по назначению (универсальные и специализированные).

Опираясь на эту классификацию литьевую машину РР 270/150 можно охарактеризовать как машину, работающую в автоматическом и полуавтоматическом режиме, предназначенном для переработки термопластов, с объёмом отливки 270 см³, с гидравлическим приводом. Машина червячная, горизонтальная.

Конструкция термопластавтомата (ТПА) марки РР 270/150 представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 — Схема ТПА с червячной пластикацией Процесс литья происходит следующим образом:

В бункере 5 осуществляется предварительный подогрев материала, после он захватывается витками вращающегося червяка 4, перемещается вперед, нагревается, пластицируется и нагнетается в переднюю часть материального цилиндра 3. После накопление определенной порции материала червяк впрыскивает расплав через сопло из передней части материального цилиндра в оформляющую полость литьевой формы.

Там расплав выдерживается сначала под давлением, затем охлаждаясь, затвердевает в виде изделия. Форма раскрывается, изделие выталкивается.

Процесс литья под давлением осуществляется на литьевых машинах, состоящих из двух основных частей:

— механизма пластикации — впрыска;

— механизма запирания форм.

Инжекционная часть (узел впрыска) предназначена для пластикации материала до вязко-текучего состояния и впрыскивания его в форму. Состоит из материального цилиндра 3 с обогревом и червяка 4, который совершает возвратно-поступательное движение.

Вращение червяку передаётся от электродвигателя или гидроцилиндра через редуктор 6. Поступательное движение сообщается червяку от цилиндра 7 гидропривода узла впрыска.

Узел смыкания состоит из двух неподвижных плит: передней и задней, связанных между собой колоннами. На колоннах установлена подвижная плита. Средняя подвижная плита связана с задней неподвижной рычажной системой, которая приводится в действие от гидроцилиндра узла смыкания. Гидроцилиндр расположен на каретке, которая вместе с рычажным механизмом может перемещаться по направляющим колоннам при регулировании расстояния между плитами.

Механизм запирания (смыкания) предназначен для закрывания и открывания литьевой формы, а также для удержания формы в сомкнутом состоянии при впрыске и формовании изделий. Для получения высококачественных изделий необходимо надежное смыкание формы, так как при неполном смыкании материал при впрыске может попасть в плоскость смыкания. Разработано и применяется на практике большое число различных механизмов запирания. Наиболее широкое распространение получили гидравлические и гидромеханические конструкции.

Для привода (вращения червяков инжекционного механизма) применяют электрические и гидравлические двигатели. В первом случае для изменения частоты вращения червяка используют электродвигатели переменного тока с регулируемой частотой вращения, сменные шестерни редуктора и коробки передач. Во втором случае обеспечивается плавное изменение частоты вращения червяка в широком диапазоне при сохранении постоянного крутящего момента. При этом отпадает необходимость использования предохранительных устройств, защищающих редуктор, червяк и подшипники от перегрузки. Осевое перемещение червяка в обоих вариантах обычно обеспечивается гидравлическим цилиндром.

Конструкция и размеры червяка зависят от технологических режимов пластикации и физико-механических свойств полимера. В связи с этим можно выделить три группы червяков для переработки следующих термопластичных материалов: аморфных и кристаллических материалов (ПЭ, ПС и др.); материалов с резко выраженной кристаллической структурой (полиамиды и др.); материалов, склонных к деструкции (например, непластифицированного поливинилхлорида и др.).

Т. к. полиэтилен является кристаллическим полимером, то выбран червяк первой группы, представленный на рисунке 3.

Рисунок 3 — Схема червяка общего назначения для литья кристаллических полимеров

Зона загрузки (1) — это участок червяка от загрузочного отверстия до места появления слоя расплава на поверхности цилиндра или червяка. Гранулы или порошок полимера поступают в зону загрузки из бункера и захватываются витками вращающегося червяка. Червяк заставляет вращаться частицы твердого полимера, и в то же время они продвигаются в осевом направлении, подобно свинчиваемой гайке с вращающегося винта.

Чем меньше коэффициент трения между червяком и материалом, тем больше скорость движения полимера в зоне питания.

Зона сжатия (2) — следующий за зоной загрузки участок червяка. Размягченные и частично расплавленные гранулы из зоны загрузки поступают в зону сжатия, или зону плавления. За счет тепла нагревателей цилиндра и тепла внутреннего трения материал окончательно переходит в вязкотекучее состояние.

Длина зоны сжатия зависит от природы перерабатываемого полимера. Для литья кристаллических полимеров применяются червяки с короткой зоной сжатия, так как данные полимеры плавятся в узком температурном диапазоне.

Зона дозирования (3) — последний участок червяка перед головкой. Эта зона имеет постоянную, но меньшую, чем в зоне загрузки, глубину канала. За счет развиваемых в зоне дозирования больших сдвиговых деформаций происходит окончательная пластикация и гомогенизация расплава и образуется однородный по структуре, температуре и вязкости расплав. В этой зоне происходит выравнивание скорости течения расплава. Зона дозирования работает как насос с постоянным объемным расходом и определяет фактическую производительность машины. Для ПЭНД длина этой зоны составляет 20−25% длины червяка.

Таблица 2 — Техническая характеристика литьевой машины РР 270/150

Характеристика роторно-ножевой дробилки

Дробилка — оборудование для дробления, то есть механического воздействия на твердые материалы с целью их разрушения.

Дробилки пригодны для разрушения материала на куски меньшегоразмера. Разделяют в зависимости от крупности дробленного материала дробилки крупного, среднего и мелкого дробления.

Условное деление дробилок по крупности выглядит следующим образом:

Таблица 3 — Условное деление дробилок

По конструкции дробилки делятся на:

— щековые;

— конусные;

— шнековые;

— молотковые;

— валковые;

— дисковые;

— ударно-отражательные (роторные с горизонтальным положением вала);

— центробежно-ударные (роторные с вертикальным положением вала).

Также к дробильным машинам относятся шаровые и вибрационные мельницы.

В данном проекте для переработки отходов выбран роторно-ножевой измельчитель мари ИПР-100−1-А.

Он состоит из трех вращающихся и двух неподвижных ножей. Вращающиеся ножи установлены на роторе, а неподвижные ножи — на площадке корпуса измельчителя. Отходы загружаются в бункер. В нижней части измельчителя установлена решетка с отверстиями определенного диаметра, через которые материал просыпается в тару измельчителя.

Таблица 4 — Технические характеристики роторно-ножевого измельчителя ИПР-100−1-А

Характеристика гранулятора

Гранулятор — устройство для грануляции тонкоизмельченных материалов, способствующее увеличению производительности агломерационных машин.

Грануляторы можно классифицировать по устройству и принципу действия на следующие типы:

— барабанные грануляторы;

— тарельчатые (чашевые) грануляторы;

— конусные грануляторы;

— многоконусные грануляторы;

— ленточные грануляторы;

— вибрационные грануляторы.

В данном курсовом проекте выбран гранулятор для переработки отходов марки SJ — ASO.

Таблица 5 — Технические характеристики гранулятора марки SJ — ASO

Он представляет собой одночервячный экструдер с гранулирующей головкой. Расплав из цилиндра экструдера продавливается через отверстие решетки в виде гранул, которые отрезаются вращающим ножом. Охлаждаются сжатым воздухом и собираются в промежуточной емкости.

Характеристика смесителя

Применяемые в настоящее время в промышленности смесители для пластмасс можно классифицировать следующим образом:

— по физическому состоянию исходных компонентов:

· смесители для сыпучих материалов (без изменения физического состояния);

· низковязких и высоковязких жидкостей, вязкоэластичных жидкостей (с изменением в процессе смешения агрегатного состояния смеси);

— по характеру процесса смешения:

смесители периодического и непрерывного действия;

— по механизму процесса смешения:

· смесители конвективного;

· диффузионного;

· конвективно-диффузионного смешения;

— по режиму процесса смешения:

смесители турбулентного и ламинарного смешения;

— по способу воздействия на смесь:

смесители гравитационные, центробежные, сдвиговые;

— по конструктивному признаку:

· смесители барабанные (без перемешивающих и с перемешивающими устройствами);

· с быстроходными и тихоходными;

· планетарными;

· овальными;

· Z-образными и червячными роторами;

· дисковые и т. д.

В данном курсовом проекте выбран Z-образный смеситель марки ЗЛ-50, предназначенный для смешения жидких, пастообразных и сыпучих компонентов.

Таблица 6 — Технические характеристики смесителя ЗЛ-50

На массивном основании смесителя укреплены две стойки, на которых шарнирно с помощью двух цапф установлен корпус смесителя. Корпус состоит из корыта специальной формы и двух боковин. Корыто имеет рубашку для обогрева или охлаждения смеси. На боковинах смонтированы две пары подшипников, в которых крепятся рабочие органы — z — образные лопасти (роторы). Смеситель загружается сверху через люки, штуцеры или открытую крышку, а разгружается путем опрокидывания корыта. Опрокидывание осуществляется вручную (лабораторные смесители), а так же с помощью механического или гидравлического привода, который обеспечивает останов корыта в любом положении в пределах угла опрокидывания.

1.5 Характеристика технологической оснастки

К технологической оснастке относятся литьевая форма, сопло и литникова система.

Литьевая форма — это главный рабочий инструмент литьевой машины, предназначенный для получения деталей данной формы и размеров.

Конструкции литьевых форм отличаются большим разнообразием. Это обусловлено рядом факторов: конструкцией изделия, свойствами полимерного материала, из которого должно отливаться изделие, конструкцией выбранной машины, характером производства и т. д.

Классификация литьевых форм:

— Число оформляющих гнезд:

· одногнездные;

· многогнездные;

— Конструктивные признаки:

· формы для изготовления простых изделий;

· формы для изделий с поднутрениями;

· формы для изделий с резьбой;

· формы с одной плоскостью разъема;

· формы с двумя и более плоскостями разъема;

· формы со стержневыми и трубчатыми выталкивателями;

· формы с пневматическим сбросом изделий;

— Литниковая система:

· формы со стержневым центральным литником;

· формы с боковым ленточным впуском;

· формы с боковым туннельным впуском;

· формы с точечными отрывными литниками;

· формы горячеканальные.

Схема литьевой формы приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 — Литьевая форма Основными частями прессформы являются полуформа — матрица, которая служит для придания формы наружной поверхности изделий и полуформа — пунсон — для внутренней поверхности.

В многогнездных прессформах для оформления каждого изделия имеются детали технологического назначения — матрицы 1, пуансоны 17, знаки 18, литниковая втулка 2, центральная втулка 6, выталки ватели 16. Они непосредственно соприкасаются с перерабатываемой пластмассой и придают изделию нужную форму и размеры. Такие детали также называются формообразующими.

Так как они взаимодействуют с расплавом и воспринимают гидравлические и тепловые удары, их изготавливают из легированной стали, обладающей высокими физико-механическими показателями.

Детали прессформы, которые не соприкасаются с пластмассой в процессе литья, а служат для взаимного закрепления деталей в прессформе, раскрытия и закрытия её, для связи прессформы с литьевой машиной относятся к деталям конструктивного назначения. Это обоймы матриц 20 и обоймы пуансонов 19, опорные плиты 7, неподвижная плита 3, подвижная плита 10, направляющие колонки 4 и втулки 5, опорные колонки 14, хвостовик 11, контртолкатель 15 и т. д.

Конструктивные детали должны быть прочными, не должны деформироваться при передаче усилий на формообразующие детали.

Они служат для обеспечения точного взаимного расположения разъемных половин формы и всех движущихся частей, а также для удобного закрепления формы на машине.

Литьевая форма состоит из двух половин: неподвижная и подвижная полуформа, которая фланцами крепится на крепежных плитах литьевой машины. Фланцы имеют центрирующие выступы. А также отверстия или пазы, согласованной с установочной характеристикой определенной машины. Примыкание формы плоскости образуют плоскости разъема формы, а между, оформляющая плоскость или гнездо формы, где формируется изделие.

Воду для охлаждения прессформы следует включать через 10−15 минут после начала работы, температура примерно 40−60°С.

В данном дипломном проекте используется литьевая форма с восемью гнездами, потому что производство изделия «Колпачок КД-45» является крупносерийным.

Литниковая система является одним из основных элементов формы. При ее помощи осуществляются соединение цилиндра машины с формой и ее заполнение. Охлаждение формы влияет на производительность литьевой машины. От равномерности охлаждения отдельных участков оформляющих полостей формы зависит качество поверхности отлитой детали, величина и колебания усадки, влияющие на точность изделия и его коробления.

Литниковая система — это совокупность каналов, через которые расплав полимера попадает в гнездо формы.

Для получения изделий в многогнездных формах применяется литниковая система с боковым впуском. В этом случае требуется отделение литников от изделий.

При боковой заливке в многогнездных формах наиболее рационален туннельный впускной капал. Литник автоматически отсекается от изделия в момент раскрытия литьевой формы, так как впускное отверстие выполняется не в плоскости разъема, а выше или ниже ее под углом 30 — 50° относительно плоскости разъема.

Разводящие каналы в многогнездных формах могут иметь линейное и радиальное расположение. Радиальное расположение литников обеспечивает равномерную и одновременную подачу материала во все гнезда литьевой формы. Поперечное сечение разводящего канала выполняют круглой, параболической или трапецеидальной формы.

На рисунке 5 изображена схема радиального расположения каналов.

Рисунок 5 — Схема радиального расположения распределительных литниковых каналов

ПЭНД перерабатывается легко, при охлаждении способен к кристаллизации с изменением твердости, чувствителен к равномерности распределения температуры в форме. Место входа охлаждающей воды в форму следует располагать рядом с литниковыми каналами, а ее отвода — как можно дальше. Заполнение формы быстрое, в связи с чем необходима ее эффективная вентиляция.

В зависимости от свойств перерабатываемого материала на инжекционных цилиндрах устанавливаю сопла различной конструкции.

Для переработки полиэтилена низкого давления применяется самозапирающееся сопло (см. рисунок 6)

Рисунок 6 — Самозапирающееся инжекционное сопло Самозапирающееся сопло работает следующим образом. При движении инжекционного поршня или червяка в переднее положение расплавленный материал под давлением перемещает головку 1 сопла с втулкой 2 влево до соприкосновения с литниковой втулкой формы. При этом остающийся на месте игольчатый клапан 4 открывает канал а, а пружина 3 сжимается. Когда поршень или червяк литьевой машины перемещаются в обратном направлении, втулка 2 вместе с головкой возвращается в исходное положение под давлением пружины 3, а клапан 4 перекрывает канал а.

1.6 Технологическая схема производства

Производство изделия «Колпачок КД-45» состоит из следующих основных операций:

Рисунок 7 — схема производства изделия «Колпачок КД-45»

Транспортировка сырья: Полиэтилен принимают партиями. Партией считают количество полиэтилена одной марки и одного сорта массой не менее 1 т, сопровождаемое одним документом о качестве. Документ о качестве должен содержать:

— наименование и товарный знак предприятия-изготовителя;

— условное обозначение полиэтилена, сорт;

— дату изготовления;

— номер партии;

— массу нетто;

— результаты проведенного контроля или подтверждение о соответствии требованиям настоящего стандарта.

Полиэтилен поступает в мешках. Посредством автокрана сырьё выгружается. При помощи подвесного крана сырье подаётся на растарочную установку заводского склада. Пневмотранспортом сырье перемещают в ёмкости для хранения сырья.

Хранение сырья: Полиэтилен хранят в закрытом сухом помещении, исключающем попадание прямых солнечных лучей, в случае хранения в мешках, на расстоянии не менее 1 м от нагревательных приборов. Мешки нужно укладывать партиями, к каждой партии должен быть лёгкий доступ.

Допускается хранить полиэтилен под навесом в контейнерах не более 10 суток. Хранят при температуре не выше 25и относительной влажности — 40−80%.

Перед вскрытием мешки с полиэтиленом должны быть выдержаны не менее 12 ч в производственном помещении, если они хранились при температуре, ниже +10°С.

Анализ сырья: чаще всего сырье анализируется на текучесть, усадку и содержание влаги и летучих, гранулометрический состав.

Текучесть — способность полимера переходить в вязко-текучее состояние под действием температуры и давления. Текучесть — величина обратно пропорциональная вязкости.

Для оценки меры текучести расплава пользуются показателем текучести расплава, который показывает, какое количество полимера в граммах проходит через стандартное сопло за 10 минут.

ПТР определяют по ГОСТ 1645–73 при температуре (190±0,5)°С и нагрузке 49 Н (5 кгс) на экструзионном пластометре с капилляром диаметром 2,095±0,005 мм после выдержки материала в нагретом приборе в течение 4,5±0,5 мин.

ПТР является сравнительной характеристикой, по которой проводится предварительный выбор метода переработки термопласта.

Содержание влаги и летучих определяют следующим образом:

В чистый, предварительно взвешенный бюкс помещают около 5 г испытуемого материала и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,001 г. Открытый бюкс помещают в термостат и выдерживают в течение 30 минут при 105 ± 2. После этого открытый бюкс переносят в эксикатор для охлаждения материала до комнатной температуры.

Затем бюкс закрывают и вторично взвешивают вместе с материалом.

Усадка зависит от технологии переработки материала. Она показывает на сколько процентов размеры изделия уменьшились после его охлаждения. Усадку определяют путём сравнения размеров отформованного изделия с размерами формы при температуре 23±2

Гранулометрический состав характеризуется содержанием частиц разных размеров в порошкообразных и гранулированных материалах и оценивается по дисперсности и степени дисперсности.

Гранулы могут иметь разнообразную форму: цилиндра, шара, чечевицы, куба, прямоугольной пластины. В одной партии материала форма гранул должна быть одинаковой, а их размеры максимально сближены, т. е. материал должен быть однородным.

Литьё под давлением:

После контроля сырьё поступает в цеховой силос. Так как полимер негигроскопичен, не требуется его подсушивание перед переработкой. После цехового силоса сырьё подаётся на смешение с отходами, и после смешения хранится в промежуточном силосе, откуда поступает в бункер литьевой машины.

Материал загружают в бункер литьевой машины. В начале процесса червяк находится в переднем положении. При вращении червяка материал из бункера захватывается витками червяка, перемещается вперёд, нагревается, пластицируется и нагнетается в переднюю часть цилиндра. Под давлением расплавленного материала червяк отходит назад до установленного положения, зависящего от объёма набираемой порции материала. При движении назад червяк испытывает давление со стороны гидравлического цилиндра. Величина этого давления регулируется и обеспечивает уплотнение материала в передней части цилиндра, препятствуя проникновению воздуха в материал.

После накопления определённой порции материала вращение червяка прекращается. При подаче гидравлической жидкости из гидросистемы машины в поршневую полость гидроцилиндра сообщается осевое перемещение влево червяку, который впрыскивает дозу расплава в полость сомкнутой формы. Перед выполнением операции впрыска расплава материальный цилиндр подводится вплотную к неподвижной полуформе. В передней части материального цилиндра закреплено сопло, назначение которого — соединять полость материального цилиндра с литниковыми каналами и оформляющей полостью литьевой формы. Некоторое время червяк остаётся в крайнем левом положении, при этом расплав в форме выдерживается под давлением. Это необходимо для уплотнения материала, для компенсации усадки и предупреждения обратного движения материала из формы. После окончания выдержки под давлением червяк, вращаясь, отходит вправо, при этом набирая материал для следующей операции литья.

Перед раскрытием формы материальный цилиндр отводится вправо, затем механизм запирания формы обеспечивает её раскрытие, и изделие выталкивается.

Основными параметрами процесса литья под давлением являются температура литья, температура формы, время цикла литья (табл. 7).

Таблица 7 — Основные параметры пресса литья под давлением изделий из ПЭНД

ПЭНД перерабатывается без особых затруднений. Эти материалы имеют широкий диапазон температур для переработки: 180−250. Текучесть изменяется в широких пределах. Давление литья применяют сравнительно высокое — 50−90 МПа. Температуру формы поддерживают равной 30−60.

Контроль качества готовых изделий:

Полученная продукция выпускается высокого качества, но возможны разного рода дефекты (табл. 8).

Таблица 8 — Дефекты изделий

Переработка отходов: при изготовлении изделий из термопластов методом литья под давлением образуются возвратные и безвозвратные отходы. Безвозвратные отходы представляют собой потери в виде газообразных выделений, потери при транспортировке, а также при технологической отработке режимов на машине, которая вышла из ремонта. Возвратные отходы — некондиционная продукция, полученная в наладочном режиме, литниковые системы и изделия, подвергшиеся испытанию.

Литники и забракованные изделия собирают в чистую тару и направляют на измельчение в дробилках. После измельчения отходы подаются в гранулятор SJ-ASO для придания материалу формы, соизмеримой с размерами исходного сырья. Затем вторичный материал добавляют к свежему в количестве 20% от массы первичного сырья. Смешение происходит в смесителе ЗЛ-50.

Упаковка готовых изделий: осуществляется в картонные ящики или специальные пластмассовые емкости по 300 штук. В каждое место вкладывается (наклеивается) сопроводительный ярлык с указанием даты, смены, фамилии литейщика, количества изделий, номера пресс-формы.

Таблица 9 — Технологическая карта литья

1.7 Автоматизация и контроль технологического процесса

Под автоматизацией понимается применение методов и средств автоматики для «управления производственными процессами» подразумевают целенаправленное воздействие на этот процесс, которое обеспечивает оптимальный или заданный процесс его работы.

Автоматизация производства — это этап машинного производства, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производством и передачей этих функций автоматическим устройствам.

Конечной целью автоматизации является создание полностью автоматизированных производств, где роль человека сводится к составлению режимов и программ технологического процесса, контроль за работой приборов.

Основными узлами литьевых машин являются:

— узел закрытия прессформы с предохранительными ограждениями и конечными выключателями;

— инжекционный узел;

— масляно-динамическая система с насосом и электродвигателем;

— централизованная система смазки органы управления машиной (пульты ручного управления и контрольный щит.

Узел закрытия прессформы предназначен для крепления прессформы и смыкания ее с усилием, выдерживающем максимальное давление инжекции 140 кгс/см².

Инжекционный узел предназначен для расплавления материала и впрыска его в прессформу.

Основными частями инжекционного узла являются:

— инжекционный цилиндр с соплом, снабженный электрообогревателями;

— гидравлический цилиндр, служащий для перемещения на фазе инжекции шнека (винта), который находится внутри инжекционного цилиндра;

— гидравлический двигатель для вращения шнека при загрузке материала в инжекционный цилиндр;

— подшипниковый узел для восприятия опорных нагрузок при вращении шнека и осевых нагрузок при инжекции (шнек работает как поршень);

— два гидроцилиндра для подвода к прессформе инжекционного цилиндра;

— загрузочный бункер.

Органы управления машиной (контрольный щит и пульт управления) предназначены для включения машины, регулирования и контроля температуры нагрева цилиндра и сопла, установки выдержек времени литьевых операций.

При литье под давлением контролируются такие параметры, как температура, давление и время цикла.

Температура литья под давлением выбирается по зонам. Каждая зона обогрева имеет самостоятельную систему регулирования температуры, которая настраивается и контролируется с помощью трех терморегуляторов, которые, в свою очередь, состоят из датчика и первичного устройства и вторичного прибора, или приемного устройства.

Датчиком является термопара, предоставляющая собой спай двух проводов, на машине установлены три термопары хромель-копелевые ТКХ — 500 согласно ГОСТ 9736–80.

При нагревании, в термопаре возникает электродвижущая сила ЭДС и импульс передается на вторичный прибор — электронный дистанционный потенциометр ГОСТ 9736–80. Таким образом, потенциометр регулирует температуру литья путем автоматического включения и выключение обогрева в зонах.

Для контроля давления на машине устанавливают два манометра согласно ГОСТ 2405–80. Это манометры пружинные, относятся к техническим. Предел измерения от 0 до 160 МПа.

Время цикла контролирует реле времени, которое вмонтировано в корпус машины.

1.8 Безопасность жизнедеятельности

Безопасность труда — это сочетание безопасной техники, условий проведений технологических и производственных процессов, системы мероприятий по охране труда.

В процессе переработки полиэтилена и его сополимеров в результате термической и окислительной деструкции, образуются различные токсичные продукты, представляющие собой смесь предельных и непредельных углеводородов, а также кетоны, альдегиды, спирты, диоксид углерода, которые оказывают влияние на организм человека.

Накопители в помещении пыли и образование аэрозолей неизбежно приводит к образованию статического электричества, что может вызвать локальные и общие взрывы.

Именно поэтому на таких предприятиях для созданий безопасных условий труда и соблюдение норм промышленной санитарии необходимо выполнение определённых требований, заложенных в нормативных документах.

Производство изделий из пластмасс рекомендуется размещать в отдельных одноэтажных корпусах. Оборудование, при работе которого выделяется избыточная теплота, обычно устанавливают около наружных продольных стен с оконными проемами для обеспечения естественной вентиляции в тёплое время года. Размещение машин должно обеспечивать безопасное и удобное условия обслуживания и ремонта.

Маршрут движения внутрицехового транспорта необходимо обозначить ограничительными линиями, их скорость движения не должна превышать 5 км/ч.

Для поддержания нормальных метеорологических условий в цехах должна быть предусмотрена линейная вентиляция для удаления вредных веществ, выделяемых при переработке полиэтилена.

Всё оборудование в цехах по переработке полиэтилена должно иметь защитное заземление, зануление, должно быть предусмотрено защитное отключение, размещаются разделяющие трансформаторы, применяется надёжная изоляция, механические ограждения, блокировочные и сигнальные устройства, защитные средства. Там, где возможно, оборудование должно работать под невысоким напряжением.

Взрывои пожароопасность на предприятиях по переработки пластмасс связана в первую очередь с высокой загрязнённостью производственных помещений и вредными выделениями, поэтому электрооборудование в цехе должно быть установлено во взрывоопасном исполнении. Кроме того при переработке пластмасс применяют различные ограничители, предохранительные отключатели, аварийные и предохранительные клапаны.

Предприятия по переработке полиэтилена по взрывои пожароопасности относятся к категории В, по санитарно — техническим условиям к категории 2 б. К данной категории относят все предприятия, на которых велико количество выделяемого летучего и конвекционного тепла.

При поднесении открытого пламени полиэтилен загорается без взрыва и горит парокоптящим пламенем с образованием расплава и выделением газообразных продуктов.

Температура воспламенения полиэтилена 300, самовоспламенение 400 °C. Максимальное давление взрыва пыли полиэтилена дисперсностью 0,071 мм составляет 50 кПа, ПДК пыли — 10 мг/м³.

Поэтому для предотвращения несчастных случаев необходимо, чтобы у каждого работника имелись индивидуальные средства защиты (резиновые коврики, перчатки).

Забота о тех, кто трудится на предприятии по переработке пластмасс, проявляется в следующем: в помещении обязательно проводится влажные уборки не реже 1 раза в смену; каждому работающему выдаётся бесплатно молоко за вредность, соки, после работы все могут принять горячий душ. Работающий допускается к работе на оборудовании только после прохождения инструктажа, знакомящего его с устройством оборудования, принципами работы на нём, правилами эксплуатации и получения удостоверения на право самостоятельной работы.

В дальнейшем будет проводиться уменьшение ручного труда, существенное прекращение. Будет осуществляться внедрение современной техники безопасности.

Это позволит значительно снизить травматизм и уровень профессиональных заболеваний на предприятиях.

Однако травмы могут быть получены не только в цехах на литьевых машинах. Опасными могут оказаться и работы по подготовке сырья и материалов. Эти работы включают измельчение, просев, сушку, хранение.

Сыпучие материалы измельчают на дробилках. При этом пользуются индивидуальными средствами защиты: очками, резиновыми и термозащитными перчатками, противошумными наушниками. Кроме этого для обеспечения безопасной эксплуатации дробилок их заземляют, движущиеся части ограждают, загрузочные бункеры закрывают крышкой.

Приготовление композиций предполагает приготовление различных смесей с использованием смесителей. При выполнении этой операции происходит загрязнение рабочей зоны пылью, парами растворителей, оказывающие токсичной воздействие, а повышение температуры может поспособствовать возникновению пожара или взрыва. Поэтому все компоненты используют виде гранулированных компонентов.

Эти участки должны быть оснащены вентиляцией в виде зонтов или шкафов, расходные бункеры и разгрузочные воронки смесителей оборудованы отсосами. Устанавливаются электродвигатели, закрытые, брызгозащищенные, продуваемые или пыленепроницаемые.

Стирка спец. одежды на таких участках проводится по графику.

В производственных помещениях предусматривают естественное и искусственное освещение, естественное освещение делают боковым, верхним, и комбинированным через окна и световые фонари.

Искусственное освещение делают общим и комбинированным, кроме рабочего освещения, должно быть аварийное и эвакуационное освещение для эвакуации людей при выключении основного рабочего освещения и для безопасного продолжения работы, она имеет независимый источник питания.

Работа приточно-вытяжной вентиляции характеризуется кратностью воздухообмена — это количество обмена воздуха помещения в единицу времени. При переработке полиэтилена кратность обмена воздуха в помещении должна составлять не менее 8.

Если данные нормативы выполнены, то безопасность работы на предприятии по переработки пластмасс гарантирована.

1.9 Охрана окружающей среды

В процессе переработки пластмасс могут происходить выбросы газообразных продуктов, твердых отходов и сточных вод, которые загрязняют окружающую среду. Очистка и утилизация отходов является важной производственной задачей.

Наиболее радикальным способом защиты окружающей среды от выбросов промышленных предприятий является безотходные технологии или до создания технологических процессов, при ведении которых количество отходов сведено до минимума.

Промышленные предприятия безвозвратно расходуют около 5−10% воды из водоёмов, остальное количество сбрасывается обратно в водоемы. При переработке пластмасс вода используется главным образом для охлаждения и нагрева форм, материального цилиндра, вальцев. Использованная вода обычно соприкасается с вредными веществами и является условно чистой, но может содержать взвешенные частицы, поэтому эту воду можно принимать повторно, т. е. система оборотного воздействия. Загрязнённые воды перед сбросом в водоём подвергаются очистке. Выбор метода очистки зависит от физического состояния воды и её концентрации.

Различают: механическую, физико-химическую, химическую, биохимическую, термическую очистку. Сточные воды от производства пластмасс очищают главным образом механическим методом. Основной процесс является процеживание сточной воды через решётки и сетки для отделения крупных частиц, улавливание в песколовках тяжёлых примесей, отстаивание для удаления твёрдых нерастворённых веществ в гидроциклонах.