Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка режима формования изделий повышенной прочности из полиэтилена методом литья под давлением с продавливанием

Диссертация: Разработка режима формования изделий повышенной прочности из полиэтилена методом литья под давлением с продавливанием
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Значения скоростей сдвига и деформаций сдвига, при которых в процессе кристаллизации ПЭВП формируется структура типа «шиш-кебаб». математическая модель процесса кристаллизации расплава полиэтилена высокой плотности при его неизотермическом нестационарном течении в оформляющей полости литьевой формыметодика расчета высоты дроссельного канала и принцип выбора приемлемых размеров литникового… Читать ещё >

Разработка режима формования изделий повышенной прочности из полиэтилена методом литья под давлением с продавливанием (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Введение
  • Глава 1. Проблема получения изделий повышенной прочности методом литья под давлением
    • 1. 1. Ориентация изделий из пластмасс. Кристаллизация полимеров
    • 1. 2. Исследование ориентированных изделий из пластмасс
      • 1. 2. 1. Структурные исследования
      • 1. 2. 2. Структура литьевого образца. Оптические методы исследования
      • 1. 2. 3. Влияние параметров режима литья под давлением на структуру полимеров и прочностные свойства
        • 1. 2. 3. 1. Температурные условия переработки
        • 1. 2. 3. 2. Течение расплава и скорость впрыска,
        • 1. 2. 3. 3. Давление на стадии подпитки
    • 1. 3. Структура образца и физико-механические свойства
    • 1. 4. Математическое описание процессов в литьевой форме, ответственных за упрочнение изделия в ходе кристаллизации
    • 1. 5. Выводы и задачи работы
  • Глава 2. Изучение процесса кристаллизации полиэтилена вискозиметрическим методом
    • 2. 1. Цель и задача вискозиметрических исследований
    • 2. 2. Полиэтилен 273−79. Обоснование его выбора
    • 2. 3. Кристаллизация полиэтилена при изотермических условиях
    • 2. 4. Кристаллизация полиэтилена при неизотермических условиях
  • Глава 3. Моделирование процесса кристаллизации расплава полиэтилена при его неизотермическом нестационарном течении, в литьевой форме
    • 3. 1. Введение
    • 3. 2. Математической модель кристаллизации полиэтилена в литьевой форме в режиме продавливания
    • 3. 3. Конечноразностная аппроксимация
    • 3. 4. Алгоритм и блок-схема расчетных процедур при моделировании кристаллизации в форме
  • Глава 4. Экспериментальная проверка математической модели кристаллизации полиэтилена в литьевой форме в режиме литья с продавливанием расплава
    • 4. 1. Цели экспериментальной проверки
    • 4. 2. Порядок проведения эксперимента
    • 4. 3. Сравнение экспериментальных и расчетных данных
    • 4. 4. Выводы
  • Глава 5. Прочность деталей из полиэтилена, отлитых в режиме продавливания расплава через оформляющую полость
    • 5. 1. Порядок проведения испытаний по определению прочности на разрыв материала, закристаллизованного в условиях продавливания
    • 5. 2. Анализ результатов испытаний
    • 5. 3. Выводы.
  • Глава 6. Правила выбора режима литья и конструирования литьевых форм при получении упрочненных изделий из ПЭВП
    • 6. 1. Правила выбора размеров литникового, впускного и дроссельного каналов
      • 6. 1. 1. Факторы, определяющие выбор размеров литникового, впускного и дроссельного каналов
      • 6. 1. 2. Определение размеров литникового канала
      • 6. 1. 3. Выбор размеров впускного канала
      • 6. 1. 4. Определение размеров дроссельного канала
    • 6. 2. Определение оптимального времени продавливания
    • 6. 3. Методика получения упрочненных изделий при литье под давлением с продав л иванием. Промышленное использование методики
    • 6. 4. Выводы

В настоящее время все чаще в различных отраслях современной техники возникает необходимость применения полимерных изделий, отличающихся повышенными механическими свойствами. Вместе с тем изготовление ответственных деталей из полимеров, отличающихся высокой прочностью, неразрывно связано с экономическими трудностями. Так, применение метода повышения прочности для некоторых материалов, при помощи специальных модифицирующих добавок, часто невозможно вследствие повышенных энергетических затрат. Другой способ повышения прочности — формирование кристаллической структуры определенного вида непосредственно в процессе переработки. Наиболее перспективным в этой области является метод литья под давлением. Но и в этом случае возникают определенные трудности: часто, при изготовлении каких — либо ответственных деталей, приходится использовать дефицитные и нередко более дорогие сорта и марки материалов лишь потому, что механические характеристики изделий из доступных или более дешевых сортов совершенно неприемлемы. Так, например, один из самых широко используемых (в том числе и за счет того, что он относительно дешевый) полимерных материалов — полиэтилен высокой плотности часто не используют при производстве ответственных деталей ввиду того, что получаемые изделия из этого материала недостаточно прочны и жестки. Однако низкие механические характеристики изделия не есть следствие низких механических характеристик самого материала, а результат несовершенства стандартного режима литья и самого оборудования. Полиэтилен имеет огромные запасы прочности, но для реализации их требуется нестандартный и управляемый режим литья.

Возникает необходимость проектирования и изготовления специального формующего инструмента, а также определение управляемого режима литья, с помощью которых было бы возможно получать высокопрочные изделия на стандартном оборудовании и из обычного материала. Управляемый режим литья предполагает формирование и развитие надлежащей, с точки зрения прочности, ориентированной кристаллической структуры непосредственно в литьевой форме. Сложность такого пути, в первую очередь, заключается в необходимости установления и описания всех процессов, происходящих в полости формы и, в частности, в области раздела фаз (расплава и закристаллизовавшегося полимера), ответственных за вид конечной структуры. Этой проблеме посвящено большое количество работ, однако, многие из них содержат ряд существенных недостатков либо решены при достаточно грубых допущениях. Кроме того, необходимо комплексное исследование влияния машинных параметров на получаемую структуру материала и определение таких значений технологических параметров, при которых в готовом изделии происходило бы максимально возможное упрочнение. Тем не менее, такой способ получения высокопрочных изделий представляется наиболее целесообразным и экономически выгодным.

В связи с вышеизложенным, основной целью данной работы является разработка методик проектирования режима литья и формующего инструмента для получения упрочненных изделий, позволяющих также прогнозировать прочность изделий при различных параметрах литья под давлением.

Актуальность настоящей диссертации заключается в том, что решаемые в ней задачи направлены на повышение прочности и улучшение качества литьевых изделий из ПЭВП.

В экспериментальной части работы показано, что для полиэтилена высокой плотности существует диапазон скоростей сдвига (5 — 20 с-1), который должен быть реализован в расплаве при его кристаллизации для получения упрочненной кристаллической структуры типа «шиш — кебаб». Установлены также значения деформации сдвига в расплаве (около 450 единиц), достаточные для инициации кристаллизации по этому типу.

В теоретической части диссертации также разработана математическая модель, адекватно описывающая процесс кристаллизации расплава полиэтилена при его неизотермическом нестационарном течении в процессе литья под давлением с продавливанием. Реализация математической модели осуществлена методом конечных разностей при помощи разработанной программы на ЭВМ.

В экспериментальной части работы показано также, что за счет использования метода литья под давлением с продавливанием, возможно увеличить прочность на разрыв материала на 250% по сравнению со стандартным режимом литья под давлением. Получена зависимость, позволяющая прогнозировать прочность на разрыв материала в изделиях из ПЭВП (полиэтилена высокой плотности), изготовленных методом литья под давлением с продавливанием.

Предложены методика расчета высоты дроссельного канала и принцип выбора приемлемых размеров литникового и впускного каналов литьевых форм для литья под давлением изделий из ПЭВП в режиме литья под давлением с продавливанием. Определены требования к конструкции формы для литья под давлением с продавливанием высокопрочных изделий из ПЭВП.

Предложена и успешно использована в промышленных целях методика определения параметров режима формования высокопрочных изделий из ПЭВП методом литья под давлением с продавливанием.

Одна из работ была проведена МГУИЭ для АО «НИИОГАЗ» в 1997 г. в рамках хозяйственного договора. Были выполнены работы по проектированию детали «серьга-накладка», предназначенной для мокрых кислотных электрофильтров, по проектированию и испытанию оснастки для литья этой детали и по наработке опытных партий деталей.

Вторая из работ была проведена в 1998 г. При ОАО «Электрические сети» были выполнены конструкторско-технологические работы по расширению эксплуатационных возможностей детали «прижим», работающей в составе изделия «изолятор». Эта деталь предназначена для фиксации кабеля на изоляторе с заданным усилием прижатия за счет создаваемых в ней деформаций.

На защиту выносятся следующие результаты работы, имеющие научную новизну и практическую ценность:

Значения скоростей сдвига и деформаций сдвига, при которых в процессе кристаллизации ПЭВП формируется структура типа «шиш-кебаб». математическая модель процесса кристаллизации расплава полиэтилена высокой плотности при его неизотермическом нестационарном течении в оформляющей полости литьевой формыметодика расчета высоты дроссельного канала и принцип выбора приемлемых размеров литникового и впускного каналов литьевых форм для литья под давлением изделий из ПЭВП в режиме литья под давлением с продавливаниемметодика определения параметров режима формования высокопрочных изделий из ПЭВП методом литья под давлением с продавливанием.

Основные научные результаты диссертационной работы A.JI. Черных опубликованы в периодических изданиях и доложены на следующих конференциях:

— Черных A. JL, Первушин В. Е., Герасимов В. И., Кузнецов В. В., Казанков Ю. В. Особенности кристаллизации полимеров при их неизотермическом течении. Высокомолекулярные соединения, Серия А, 1998, том 40, № 2, с. 338 344.

— Chernykh A.L., Pervushin V.E., Gerasimov V.I., Kazankov Yu.V., Kuznetsov V.V. Crystallization of polymers in anisothermal flow. Polymer Science, Ser. A, Vol. 40, № 2, 1998, p. 195−200.

— Kazankov Yu.V., Gerasimov V.I., Kuznetsov V.V., Chernykh A.L. Modeling injection moulding of strengthened polyethylene articles. Kunstoffberater № 11, 1997, p. 22.

— Черных A.JI., Первушин B.E., Герасимов В. И., Кузнецов B.B., Казанков Ю. В. Управляемый режим литья под давлением изделий повышенной прочности. В кн. Труды МГАХМ. Выпуск 1. Состояние и перспективы развития научных работ в химическом машиностроении, г. Москва, 1997, с. 94−95.

— Черных A.JI., Первушин В. Е., Кузнецов В. В., Герасимов В. И., Казанков Ю. В. Моделирование кристаллизации полиэтилена при литье изделий с повышенной прочностью. В кн. Тезисы докладов на международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии», г. Тула, 1996, с 223.

— Черных A. JL, Герасимов В. И., Кузнецов В. В., Казанков Ю. В. Моделирование режима литья упрочненных изделий из полиэтилена. В кн. Тезисы докладов на международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии». Секция 1: Моделирование технологических процессов, г. Новомосковск, 1997, с. 97.

— Kazankov Yu.V., Chernykh A.L., Gerasimov V.I., Kuznetsov V.V. Modeling of injection moulding of the strengthened polyethylene articles. В кн. Тезисы докладов на международной конференции Общества «The polymer processing society», Секция 3, г. Гетеборг, Швеция, 1997, с. 1.

— Kazankov Yu.V., Gerasimov V.I., Kuznetsov V.V., Chernykh A.L. Modeling injection moulding of strengthened polyethylene articles. В кн. Тезисы докладов на международной конференции «Technomer '97», г. Кемниц, Германия, 1997, с. 14/1.

Основные выводы по результатам диссертации.

1. Для ПЭВП установлены такие условия протекания процесса кристаллизации (скорость сдвига более 5 с-1, предпочтительно, в диапазоне от 5 до 20 с-1, а также развивающаяся в кристаллизующемся расплаве деформация сдвига более 450 единиц), при которых формируется ориентированная кристаллическая структура, обеспечивающая повышенную прочность этого полимера.

2. Разработанная математическая модель, описывающая процесс кристаллизации расплава полиэтилена при его неизотермическом нестационарном течении в литьевой форме в режиме литья под давлением с продавливанием, позволяет прогнозировать значения скоростей сдвига в расплаве у поверхности фронта кристаллизации.

3. Установлена зависимость прочности формирующейся в условиях литья с продавливанием ориентированной кристаллической структуры от скорости сдвигапри этом показано, что максимальное значение прочности, соответствующее скорости сдвига около 20 с" 1, возрастает со снижением температуры литья.

4. Предложены методика определения размеров дроссельного канала и принципы выбора приемлемых размеров литникового и впускного каналов литьевых форм для литья под давлением изделий из ПЭВП в режиме литья под давлением с продавливанием.

5. Предложена и успешно использована в промышленных целях методика определения параметров процесса формования высокопрочных изделий из ПЭВП методом литья под давлением с продавливанием.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.В., Кузнецов В. В., Веселов А. В. и др. «Пластические массы» № 12, стр. 17−19, 1981.
  2. В.В. Основы переработки термопластов литьём под давлением. М., стр. 272, 1974.
  3. Novikov A., Pleskachevsky Y., Sokolov Е. et al. The 33rd Int. SAMPE. Symp. and Exibition «Mat.-Pathway to the Future». Anaheim, p. 216, 1988.
  4. B.B., Веселов A.B., Рысин Н. И. и др. «Высокомолекулярные соединения», т. (Б), 28, № 3, стр. 216, 1986.
  5. Т.К., Френкель С. Я. Ориентационные явления в полимерах. М., стр. 9, 1980.
  6. Буй М.В., Соколов Е. Н., Рогачёв А. В. и др. «Высокомол. соед.», т. (А) 33, № 6, стр. 1205, 1991.
  7. В.В. Канд. дисс., НПО Пластик, стр. 23, 1977.
  8. A. «Phil. Mag.», vol. 2, № 8, pp. 1171−1175, 1957.
  9. BonartR., HosemannR. «Makromol. Chem», vol. 39, pp. 195−117, 1968.
  10. Vogoslong D.C. et al. «J. Pol. Sci.». A 17, № 84, pp. 159−177, 1955.
  11. В., Atakawa T. «J. Pol. Sci.», A2 № 8, pp. 3697−3706, 1964.
  12. Ориентационные явления в растворах и расплавах полимеров. Под ред. Малкина А.Я. М. Химия, стр. 59, 1980.
  13. Е.И. и др. «Физика тв. тела», т.6, № 7, стр. 2075−2077,1974.
  14. В.Н., Лущенко В. П. «Высокомол. соед.» Б 17, № 2, стр. 112 114,1975.
  15. P.J. «J. of Amor. Chem. Soc.», vol. 84, № 15, pp. 2857−2867, 1962.
  16. Krueger D., Yeh G.S.Y. «J. Appl. Phys.», vol. 43, № 11, 1972.
  17. P. «Материалы IV Конференции по макромолекулам» Мариански Лазни. ЧССР, 2−5 сент., 1974.
  18. А. Кристаллизация полимеров. М., Мир, стр. 30,50, 1968.
  19. A., Kiol A. «Koll- zz. Pol.», b. 205, № 2, pp. 160−163, 1965.
  20. Ориентационные явления в растворах и расплавах полимеров. Под ред. Малкина А.Я. М. Химия, стр. 127−131, 1980.
  21. А.Е., Слуцкер А. И. «Высокомол. соед.», А 77, стр., 1273−1275, 1965.
  22. Энциклопедия полимеров. Под ред. Кабанова В. А. М., Советская Энциклопедия, т.2, стр. 515−528, 1974.
  23. Burnet В.В., McDevit W.F. «J. Appl. Phys.», vol. 28, pp. 1101−1105, 1957.
  24. J.B., Lautitsen J.I. «J. Res. Mat. B. Stand.», vol. 65A, pp. 297 336, 1961.
  25. C.M., Cakmak M., Ulcer Y. «Polymer», vol. 37, № 20, pp. 45 554 571, 1996.
  26. A.K., Price F.P. «Pol. Eng. and Sci.», vol 14, № 6, pp. 401−412, 1974.
  27. В.И., Иванов M.B. «Высокомол. соед.», т. (А)37, № 4, стр. 621−627, 1995.
  28. Р.А., Баранов В. Г., Мартынов М. А. и др. «Высокомол. соед.», т. (А)34, № 9, стр. 68−73, 1992.
  29. M.R., Lafleur P.G. «Pol. Eng. and Sci.», vol. 24, № 9, pp. 692−697, 1984.
  30. Lee S.C., Yoon K.H., Kim J.H. «Pol. J.», vol. 29, № 1, pp. 1−6, 1997.
  31. B.S. «Plast. Eng.», vol. 30, № 3, pp. 73−76, 1974.
  32. Kantz M.R., Newmann Jr. H.D., Stigale F.H. «J. of Appl. Pol. Sci.» Vol. 16, pp. 1249−1260, 1972.
  33. Hsiung C. M, Cakmak M., White J.L. «Int. Pol. Proc.», vol. 2, pp. 109−123, 1990.
  34. Y., Cakmak M. «Polymer», vol. 38, № 12, pp. 2907−2923, 1997.
  35. Eder G., Janeschitz-Kriegl H., Krobath G. «Proc. in Coll. Pol. Sci.», vol. 80, pp. 1−7, 1989.
  36. Solters B. et al. «Plastverar», vol. 24, № 9, pp. 549−555, 1975.
  37. Энциклопедия полимеров. Под ред. Картина В. А. М., Советская Энциклопедия, т.1, стр. 1192, 1972.
  38. Houska M, Brummel M. «Pol. Eng. and Sci.», vol. 27, № 12, pp. 917−924, 1987.
  39. W., Johnsen U. «Coll. and Pol. Sci.», vol. 252, pp. 826−835, 1974.
  40. B. «Coll. and Pol. Sci.», vol. 254, № 3, pp. 279−289, 1976
  41. Ito R. «Eng. Mater. Jap.», vol. 20, № 2, pp. 122−127, 1972.
  42. Matsumoto K. et al. «Kobunschi Ronbunshu», vol. 36, № 6, pp. 401−406, 1979.
  43. A., Pefluger R. «Kunstoffe», vol. 50, № 4, pp. 203−213, 1960.
  44. W., Sous E. «Kunstoffe», vol. 57, № 9, pp. 719−725, 1967.
  45. A.B. и др. «Мех. полим.», т. 5, стр. 782−786, 1967.
  46. В.В., Гумен Р. Г. «Мех. полим.», т. 3, стр. 394−401, 1968.
  47. R.W., Busse W.F. «J. Appl. Phys.», vol. 38, № 11, pp. 41 874 196.
  48. Heise B. et al. «Koll. Z.», vol. 25, pp. 120, 1972.
  49. A. «J. of Pol. Sci.», vol. A15, № 73, pp. 31−46, 1955.
  50. Kalay G., Ogbonna C., Allan P. S. et al. «Trans IChemE», vol. 73, part A, pp.798−809, 1995.
  51. J.A., Mitchell G.R., Chai C.K. «Polymer», vol. 37, № 18, pp. 41 874 191, 1996.
  52. Song M.S., Hu G.X., Zhu Q.R. «Coll. Pol. Sci.», vol. 271, № 10, p. 911, 1993.
  53. Ziabicki A."Coll. and Pol. Sci.", vol. 252, № 6, p. 432, 1974.
  54. B. «J. of Pol. Sci.», vol. G 9, pp. 49−60, 1965.
  55. M., Whisson R.R. «Polymer», vol. 14, № 5, pp. 193−208, 1973.
  56. B.H. «Пласт, массы», т. 4, стр. 20−31, 1975.
  57. В.А. и др. «Высокомол. соед.», А (6), № 9, стр. 1559−1562,1964.
  58. В.А. и др. «Мех. полим.», т. 6, стр. 963−966, 1972.
  59. Kleiner L.W. et al. «J. of Pol. Sci., Pol. Phys. Ed.», vol. 12, № 4, pp. 819 821, 1974.
  60. Э.Л., Кацевман М. Ф. «Пласт, массы», т. 6, стр. 60−65, 1976.
  61. F. «Kunstoffe», vol. 53, № 4, pp. 227−232, 1963.
  62. Ahmadian M. T, Burmiester L.C., Johnson R.W. «Pol. Eng. Sci.» vol. 29, p.91, 1989.
  63. L.C., Chen S.Y., Chermchi M. «Pol. Eng. Sci», Vol. 31, p. 191, 1991.
  64. Wu P.C., Huang C.F., Gogos C.G. «Pol. Eng. Sci.», vol. 14, p. 223, 1974.
  65. C.G., Broyer E., Tadmor L., «Pol. Eng. Sci.», vol. 15, p. 515, 1975.
  66. Williams G, Lord H.A. «Pol. Eng. Sci.», vol. 15, p. 553, 1975.
  67. Bayer R.K., Balta Calleja F. J, Killian H.G. «Coll. Pol. Sci.», vol. 275, № 5, pp. 432−439, 1997.
  68. Пасконов B. M, Рабинькина H.B. в кн. Числен, методы в газ. динамике. М, МГУ, стр. 130, 1965.
  69. Пасконов В. М, в кн. Числен, методы в газ. динамике. М, МГУ, стр. 110, 1963.
  70. Gogos C. G, Huang C.F. «Pol. Eng. Sci.», vol. 26, p. 1457, 1986.
  71. Kamal M. R, Chu E, Lafleur P.G. «Pol. Eng. Sci», vol. 26, p. 190, 1986.
  72. Lafleur P. G, Kamal M.R. «Pol. Eng. Sci.», vol. 26, p. 92, 1986.
  73. Kamal M. R, Goyal S. K, Chu E. «AlChe J», vol. 34, p. 94, 1986.
  74. Goyal S. K, Chu E" Kamal M.R. «J. Non-Newt. Fluid Mech.», vol. 26, p. 373, 1988.
  75. Mavridis H, Hrymak A. N, Vlachopoulos J. «Pol. Eng. Sci.», vol. 26, p. 449, 1986.
  76. Behrens R. A, Crochet MJ, Denson C.D. et al. «AlChe J», vol. 33, p. 1178, 1987.
  77. Coyle D. J, Blake J. W, Macosco C.W. «AlChe J», vol. 33, p. 1168, 1987.
  78. Sato T, Richardson S.M. «Pol. Eng. Sci.», vol. 35, p. 805, 1995.
  79. Fukusako S, Seki N. Ann. Rev. of Num. Fluid Mech. and Heat Transfer. Vol. 1, ch.7, T.C. Chaawla, Ed, Hemisphere Pub. Corp. 1988.
  80. Черных A. JL, Первушин В. Е., Герасимов В. И., Кузнецов В. В., Казанков Ю. В. Особенности кристаллизации полимеров при их неизотермическом течении. Высокомолекулярные соединения, Серия А, 1998, том 40, № 2, с. 338.
  81. Chernykh A.L., Pervushin V.E., Gerasimov V.I., Kazankov Yu.V., Kuznetsov V.V. Crystallization of polymers in anisothermal flow. Polymer Science, Ser. A, Vol. 40, № 2, 1998, p. 195.
  82. Kazankov Yu.V., Gerasimov V.I., Kuznetsov V.V., Chernykh A.L. Modeling injection moulding of strengthened polyethylene articles. Kunstoffberater № 11, 1997, p. 22.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!