Технология формования литьевых и пресс-изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Кафедра технологии переработки пластических масс

ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВАНИЯ

ЛИТЬЕВЫХ И ПРЕСС-ИЗДЕЛИЙ

Методические указания к курсовой работе

для студентов специальности250600 (240502)

«Технология переработки пластических масс и эластомеров»

Составитель Т.Н. ТЕРЯЕВА

Кемерово 2007

Теоретические основы процесса (10-20 с.)

В процессе переработки полимеры и пластмассы подвергаются воздействию многих факторов, среди которых основными являются тепловая энергия, давление, кислород воздуха. Эти факторы действуют совместно, по сложному механизму, вызывая глубокие изменения в химической и надмолекулярной структурах полимеров. В связи с этим получение качественных изделий возможно только при глубоком изучении физико-химических основ процесса переработки. Например, прессование реактопластов на основе фенолоформальдегидных и аминоальдегидных смол, ненасыщенных полиэфиров сопровождается химической реакцией отверждения, закономерности которой необходимо подробно рассмотреть с учетом влияния таких факторов, как температура, давление, время отверждения, состав композиции и др., следует привести тепловые эффекты, константы скоростей основной и побочных реакций.

Химические превращения могут наблюдаться и в процессе переработки термопластичных полимеров, например при деструкции поливинилхлорида. Как правило, такие изменения нежелательны. Поэтому необходимо оценить способность полимера к деструкции и другим химическим превращениям и рассмотреть способы стабилизации их в процессе переработки и эксплуатации.

Переработка термопластичных полимеров литьём под давлением сопровождается фазовыми и релаксационными переходами, течением расплава полимера, ориентационными явлениями и перестройкой надмолекулярных структур, кристаллизацией при охлаждении расплава, изменением ряда физических свойств полимера. Все эти вопросы должны быть рассмотрены в данном разделе. При этом необходимо учесть влияние других компонентов: наполнителей, пластификаторов и пр. на релаксационные и реологические свойства полимеров, а также на эксплуатационные свойства получаемых изделий. Выбор основных компонентов должен быть обоснован с точки зрения адгезионного взаимодействия, термодинамической совместимости.

Теоретические основы процесса должны быть увязаны с обоснованием технологии производства. Рассматриваемые превращения полимера должны быть соотнесены с технологическими операциями, составляющими технологию формования изделий конкретным методом переработки. Кроме того, следует привести графики поведения конкретных материалов, которые подтвердили бы основные теоретические положения (кривые течения, пластометрические кривые, графики изменения давления в процессе формования и т.д.).

Написание этого раздела необходимо сопровождать таблицами, схемами, графиками, выполняемыми согласно ГОСТу на кальке, миллиметровке или листах записки. Допускается использование фотографий, копий. Каждый приведенный в расчетно-пояснительной записке график должен иметь пояснение, в котором необходимо вскрыть сущность объясняемого явления, подтвердить то, что изображено на графике.

Этот раздел должен иметь достаточное количество ссылок на литературные источники: учебники, монографии [1-5, 8, 9, 11-13, 15, 18, 19], периодические издания - журналы «Пластические массы», «Высокомолекулярные соединения», «Механика композитных материалов», «Каучук и резина», «Пластикс», данные, имеющиеся в Интернете.

В зависимости от вида пластмассы и способа переработки рекомендуется литература:

* литьё и прессование реактопластов [1, 3, 5, 7, 9, 12, 15, 20];

* литьё и прессование термопластов [2-5, 8, 10, 11, 13, 15, 18-20].

Характеристика сырья (3-6 с.)

В этом разделе приводится обоснование, почему именно данное сырье применяется для получения продукции, краткая характеристика сырья и полупродуктов в том числе показатели свойств, которые используются в расчетах, упор должен быть сделан на технологические свойства. Справочные данные о свойствах полимеров представлены в [6, 7, 10, 20].

Основные показатели свести в таблицу.

Таблица 1

Характеристика сырья и вспомогательных материалов

Наименование материалов, химическое название, формула	ГОСТ или ТУ	Технологические свойства и регламенти-руемые показатели по ГОСТ или ТУ	Значение показателя по ГОСТ или ТУ	Поставщик или источник	Примечание

Характеристика готовой продукции (3-4 с.)

Для выполнения проекта студент выбирает 5-10 видов продукции, получаемых по технологии, определённой заданием на проектирование и которые имеют практическое значение, выпускаются в настоящее время или планируются к выпуску как перспективные.

Для изделий, получаемых прессованием, литьём под давлением это могут быть как отдельные изделия, так и детали, входящие в состав сборочного изделия, например: корпус фонаря, детские игрушки - машины, тракторы и т.д.

Для выбранных изделий описываются требования к готовой продукции, ГОСТы и ТУ, допустимые отклонения по ГОСТам или ТУ, способы использования продукции, перспективы дальнейшего производства и применения, методы хранения и транспортировки. Эти данные собираются на производстве, где проходит студент практику, или приводятся из литературных источников [16]. Характеристика готовой продукции оформляется в виде таблицы.

Таблица 2

Характеристика готовой продукции

Наименование продукции	ГОСТ или ТУ	Регламен-тируемые показатели по ГОСТ или ТУ	Значение показателей по ГОСТ или ТУ	Потребитель	Примечание, литература

Технологическая схема производства (6-9 с.)

Технологическая схема производства разрабатывается студентом на основании типовых технологических схем, имеющихся в литературе для аналогичных производств [4, 5], а также данных, собранных при прохождении практики. Типовые технологические схемы для прессования и литья под давлением приведены в прил. 5, 6.

Технологическая схема производства должна разрабатываться с учётом следующих критериев:

* уровня автоматизации основного процесса;

* форм и способов отбора готовых изделий и воздействия на изделие после его формования (изготовление изделий на автоматических линиях, участках или специализированном рабочем месте);

* уровня централизации выполнения отдельных операций (упаковка, механическая обработка готовых изделий, контроль).

Предпочтение следует отдавать автоматизированным производствам.

Основными стадиями, которые в большинстве своём содержат технологические схемы производства изделий из пластмасс, являются:

1) приём, транспортирование, растаривание и хранение сырья, входной контроль;

2) подготовка сырья;

З) транспортирование сырья со склада или участка подготовки сырья в цех формования изделий;

4) формование изделий;

5) конфекционирование изделий;

6) контроль готовой продукции;

7) упаковка и хранение готовой продукции;

8) переработка отходов.

Выбранный метод формования изделий представляется в виде технологической схемы, которая должна быть выполнена в на отдельном графическом листе. На схему наносят изображение оборудования для основных и вспомогательных процессов, устройства для транспортирования сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, отходов производства. Материальные потоки на схеме изображают чёткими линиями. На схеме указывают, откуда и как подаётся сырьё, куда и каким образом удаляется готовая продукция, отходы производства, сточные воды и выбросы в атмосферу. К оборудованию должны быть подведены линии пара, сжатого воздуха, газа, вакуума; канализация. Масштабы при изображении оборудования на схеме могут быть не соблюдены Основное технологическое оборудование можно изображать значительно крупнее, чем вспомогательное оборудование, но при этом следует соблюдать взаимное расположение основного и вспомогательного оборудования по высоте. При наличии в реальном производстве нескольких единиц однотипного оборудования, входящего в параллельные «технологические нитки» изображают только один аппарат (машину).

Оборудование, изображённое на схеме, должно иметь свой порядковый номер. Нумерацию следует проводить слева направо, что облегчит чтение схемы. Оформление аппаратурно-технологической схемы должно быть проведено с учётом требований ГОСТ 2-701-84, ГОСТ 2-780-80, ГОСТ 2-782-80.

Аппаратурно-технологическая схема должна иметь описание, которое прилагается к ней и входит в состав расчётно-пояснительной записки. Описание выполняют по отдельным стадиям технологического процесса с указанием позиций оборудования. Указывают, какое сырьё поступает на производство, как оно подается, хранится, какой подготовке подвергается, как дозируется и загружается в оборудование. При описании основных технологических параметров кратко сообщают о конструкции оборудования, о способе выгрузки готовой продукции, приводят характеристику протекающего процесса, указывают способ его проведения (периодический, непрерывный, циклический), перечисляют основные параметры процесса, указывают отходы и побочные продукты. В заключение указывают, как и во что упаковывают продукцию, куда и каким образом её отправляют. Описание аппаратурно-технологической схемы не должно заменять производственного регламента, поэтому в описании не рекомендуется приводить рецептурные данные и методы анализа сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Типовые технологические схемы прессования и литья под давлением приведены в прил. 5, 6.

Материальный расчет производства (6-8 с.)

Материальный расчет является первой частью технического расчета при проектировании любого технологического процесса и выполняется на основании нормативных данных, практических данных действующих производств или данных, полученных на опытных или опытно-промышленных установках. Он отражает степень совершенства производства, позволяет определить расходные коэффициенты для сырья и полуфабрикатов, выявить отходы производства, наметить пути их утилизации.

Исходными данными для материального расчета являются: * технологическая схема, определяющая характер и последовательность технологических операций производства, которая разрабатывается на основе практических и литературных данных;

мощность производства (годовая производительность);

перечень изделий с указанием их характеристик, предполагаемого тиража выпуска каждого изделия в год;

потери или выход продукции по всем стадиям технологического процесса для каждого изделия. Эти величины выявляют на производственной практике или принимаются в соответствии с нормативной документацией [14, 17]. Нормативные коэффициенты потерь для литьевых и прессованных изделий представлены в разделе 3.7 данных методических указаний.

Для каждого изделия определяют коэффициент расхода сырья по нормативным коэффициентам потерь сырья на стадиях процесса с учётом вида сырья, массы изделия, способа формования [17]:

,

где - коэффициент расхода для конкретной детали; i - коэффициент потерь сырья по стадиям технологического процесса.

По полученным расходным коэффициентам рассчитывают общий расходный коэффициент для всего перерабатываемого сырья и определяют норму расхода сырья для каждого изделия.

,

где - общий коэффициент расхода (потерь) сырья для проектируемых к выпуску изделий; - коэффициент расхода сырья (потерь на i-той стадии) для i-того изделия; Мi, Мобщ - соответственно, масса годового выпуска i-того изделия и годовая программа.

,

где Нр - норма расхода сырья для конкретной детали; Мд - масса детали; Кр - коэффициент расхода сырья для детали.

Для каждого изделия определяют тираж выпуска с учётом потребности в данном изделии и комплектности сборочных изделий. Ориентировочный тираж изделия определяется по формуле

,

где Т - среднее значение тиража выпуска проектируемых изделий; П - мощность производства, т/год; Mi - масса i-го изделия, т; n - количество изделий, проектируемых к выпуску.

Определение массы продукции () и массы сырья () за год для каждого изделия проводят по формулам

;.

Полученные данные расчёта представляют в виде таблицы.

Пример оформления материального расчёта производства литьевых изделий в табличной форме приведён в табл. 3.3.

Таблица 3.

Материальный расчёт производства литьевых изделий
№ п/п	Наименование детали	Сырье	Тираж, шт./год	Мд, г	р	Нр, г	Мп, т/год	Мс, т/год
1	Крышка	ПЭ	8·105	20	1,12	22,4	16	17,92
2	Плата	ПЭ	9·105	30	1,12	33,6	27	30,24
3	Пробка	ПЭ	3·106	5	1,12	5,6	15	16,8
4	Маховичок	ПЭ	9·105	17,8	1,12	20	16	17,92
5	Колесо	ПЭ	8·105	44	1,12	49,3	35,2	39,42
6	Скоба	ПЭ	5·106	3	1,12	3,4	15,0	16,8
7	Коробка	ПЭ	1·106	8	1,12	9,0	8,0	8,96
8	Крыльчатка	ПЭ	8·105	127	1,12	142,2	101,6	113,79
	Итого:				1,12		233,8	261,85

Примечание: ПЭ - полиэтилен; Мд - масса детали; Кр - коэффициент расхода сырья; Нр - норма расхода сырья; Мп - масса продукции; Мс - масса сырья, необходимого для выполнения годовой программы.

В тех случаях, когда используются сложные рецептуры и исходные компоненты вводятся не одновременно, а на различных стадиях технологического процесса, целесообразно выполнять постадийный расчет. Он может быть выполнен в виде схемы (графический метод) или в виде таблицы (табличный метод). Графический метод более нагляден и может быть выполнен в виде схемы на одном листе (см. рис. 1), вложенном в расчетно-пояснительную записку. Кроме того, постадийный материальный расчёт позволяет более точно определить количество оборудования, необходимого для переработки сырья на конкретной стадии процесса получения изделий.

Материальный расчет выполняется постадийно от готовой продукций к исходному сырью путем последовательного присоединения потерь на стадиях технологического процесса к массе готовой продукции. При этом необходимо детально выяснить, как проводилось исчисление доли потерь. Например, материальные балансы, составляемые на производствах, зачастую содержат данные по потерям, задаваемые в процентах, которые исчисляются не от готовой продукции, а от количества сырья и полупродуктов, поступающих на данную стадию технологического процесса. Это особенно важно при расчете баланса в производствах с большими возвратными потерями - в этом случае ошибка в расчетах может достигать весьма больших величин и приводить к заниженной потребности в оборудования.

Нормативные коэффициенты представляют собой отношение массы потерь или отходов к чистой массе деталей.

Пример оформления материального расчёта в виде графика по данным табл. 3.3 приведён ниже.

Постадийный расчёт производства при использовании возвратных отходов позволяет уточнить реальный расходный коэффициент по первичному полимерному сырью, который в этом случае отличается от нормативного. В рассмотренном примере расходный коэффициент по первичному полиэтилену (ПЭ) составляет

р = 241,00 т/233,8 т = 1,031.

Если в производстве предполагается получение изделий из нескольких видов материалов, то материальные балансы составляются по каждому из полимеров (пластмасс) и затем суммируются для определения годового расхода сырья в проектируемом производстве. Результаты расчёта оформляют в виде таблицы (для каждого полимера или пластмассы) и в виде графика (для годового объема выпускаемой продукции).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема годового материального расчёта производства литьевых изделий из полиэтилена по данным табл. 3.3 (расходные коэффициенты приняты по нормативам)

Отходы производства и их утилизация (2-5 c.)

При изготовлении изделий из пластмасс образуются безвозвратные потери, а также возвратные и безвозвратные отходы. Безвозвратные и возвратные потери могут быть определены по номограммам, приведённым на рис. 2, 3 [14, 17].

Величины потерь и отходов определяются нормативными коэффициентами, которые представляют собой отношение массы потерь или отходов к чистой массе деталей.

К нормативным коэффициентам при прессовании относятся: бт - коэффициент, характеризующий величину безвозвратных потерь при подготовке материала (таблетирование, предварительный подогрев, жгутирование, экструдирование и т.д.); бу - коэффициент, характеризующий величину безвозвратных потерь на угар, летучие при прессовании; бм - коэффициент, характеризующий величину безвозвратных потерь при механической обработке; бо - коэффициент, характеризующий величину безвозвратных отходов, образующихся в технологическом процессе (отходы при выходе на режим, первые запрессовки, при выходе на размер по форме дублёру, грат при прессовании и т. д.).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Номограмма для определения нормативных коэффициентов потерь сырья при прессовании реактопластов (в массовых процентах)

Кбпо	-	0,15-0,2	0,13-0,2	0,06-0,12	0,05-0,06	7	2,5-6	2,8-7	6,7-13	7,5-13,2	8,7-14	Кво
	-	0,13-0,15	0,1-0,13	0,06	0,05-0,05	7-15	2,1-3,5	2,4-3,8	6-7,7	6,5-8,5	8-9,7
	-	0,13	0,1	0,05	0,05	15-30	2-3	2,4-3,4	6-7	6,5-7,5	8-9
	-	0,1	0,1	0,04	0,04	30-60	2-3	2,9-3,3	5,6-6,6	5,7-6,7	7,5-8,5
	-	0,1	0,1	0,04	0,03	60-120	1,8-2,9	2,1-3,1	5-6	5,2-6,2	6,3-7,3
	-	0,09	0,08	0,04	0,03	120-250	1,6-2,5	2-2,9	4,3-5,3	4,4-5,4	5-6
		0,06	0,07	0,04-0,03	0,02	250	1,1-2	1,7-2,7	3,6-4,6	4,4-5,4	3,7-6
Кбу	1,1-1,2	1-1,1	0,9-1	0,5-0,6	0,4-0,5	7	1,5-2,2	1,6-2,4	4,1-6,1	4,6-6,7	5,8-9,1	Кбо
	1,2	1,1	1	0,9	0,5	7-15	1,4-1,9	1,5-2	3,6-4,5	3,8-5	5,1-6,2
	1,2	1,1	1	0,9	0,5	15-30	1,4-1,8	1,5-1,9	3,6-4	3,8-4,2	5,1-5,5
	1,2	1,1	1	0,6	0,5	30-60	1,2-1,7	1,4-1,8	2,8-3,2	3,2-3,6	4,5-5
	1,3	1,2	1,1	0,7	0,6	60-120	1,2-1,6	1,3-1,7	2-2,4	2,9-3,3	4-4,4
	1,3	1,2	1,1	0,7	0,6	120-250	1-1,5	1,2-1,6	1,6-2	2,6-3	3,3-3,7
	1,3	1,2,	1,1	0,7	0,6-0,7	250	1-1,4	1,1-1,5	1,5-1,9	2-3	2,8-3,7
Кбс	0,2	0,8	0,4	0,2	-	Масса, г
					Полиолефины
				Полистирол
			Сополимеры стирола
		Полиамиды
	Поликарбонат, полиформальдегид, ПВХ

Рис. 3. Номограмма для определения нормативных коэффициентов безвозвратных потерь и возвратных отходов для литьевых изделий (в массовых процентах)

Нормативными коэффициентами при литье под давлением являются: бс - коэффициент безвозвратных потерь при сушке сырья; бу - коэффициент безвозвратных потерь на угар, летучие и механическую обработку; бпо - коэффициент безвозвратных потерь при переработке отходов; бо - коэффициент безвозвратных отходов (выход на режим, переход с цвета на цвет), т.е. отходов, не используемых для производства тех же изделий; во - коэффициент возвратных отходов.

На рис. 3 для каждой весовой группы минимальное значение коэффициентов приводится для деталей максимальной массы данного диапазона и первой группы сложности (наиболее простые конструкции), а максимальное значение - для деталей минимальной массы данного весового диапазона и шестой группы сложности.

При использовании возвратных отходов для изготовления тех же изделий, а также при незначительном количестве отходов и сравнительно большом ассортименте сырья целесообразно их переработку организовывать непосредственно у оборудования, например у литьевых машин, и дроблёные отходы добавлять к исходному сырью.

В отличие от термопластов использование возвратных отходов реактопластов очень ограничено (бракованные таблетки, заусенцы, грат фенопластов и аминопластов). После измельчения они могут добавляться в объёме 10-20 % к свежему сырью; из полученной смеси может изготавливаться ограниченный ассортимент изделий неответственного назначения. На большинстве заводов это не представляется возможным из-за высоких требований к готовой продукции.

Технологические параметры процесса (5-10 c.)

Переработка термопластов и реактопластов в изделия методами прессования и литья под давлением предусматривает тепловое и силовое воздействие на перерабатываемый материал, в результате чего он оформляется в изделие. Получение качественного изделия возможно только при определённых значениях технологических параметров, которые зависят от вида перерабатываемого материала, конструкции изделия и требований к его эксплуатационным характеристикам, способа переработки полимера в изделие. Расчёт или определение параметров формования проводится для каждого изделия.

Для изделий, получаемых прессованием, основными технологическими параметрами являются: температура и продолжительность предварительного подогрева пресс-материала; температура, давление и продолжительность формования. Расчёт или выбор этих параметров проводится следующим образом [15].

Температуру предварительного нагрева пресс-материала определяют, ориентируясь на продолжительность вязко-текучего состояния, т.к. только в этом состоянии материал может быть оформлен в изделие и в течение этого времени допустимо выполнение подготовительных операций. Соотношение продолжительности технологических операций и вязко-текучего состояния приведено ниже.

;

где фв-т - продолжительность вязко-текучего состояния, с; Н1, Н2 - путь пуансона при холостом и рабочем ходе, м; v1, v2 - скорость опускания плиты пресса при холостом и рабочем ходе, м/с; tз - продолжительность загрузки пресс-материала в форму, с; Тпп - температура предварительного подогрева, К; U - энергия активации реакции поликонденсации, кДж/моль; R - универсальная газовая постоянная 8,314 Дж/(моль К); А - коэффициент. Значения опытных характеристик пресс-материалов приведены в прил. 6.

При использовании в качестве устройства для предварительного нагрева генератора токов высокой частоты (ГТВЧ) расчёт продолжительности нагрева и мощности, необходимой для нагрева, проводят по нижеприведённым формулам:

; ,

где ф - продолжительность нагрева, с; с - теплоёмкость материала, кДж/(кгК); с - плотность материала, кг/м3; Т1, Т2 - соответственно, начальная и конечная температура материала, К; зт = 0,4ч0,5 - термический КПД генератора ТВЧ; е - диэлектрическая проницаемость материала, Ф/м; f - частота колебаний, Гц; tgд - тангенс угла диэлектрических потерь материала; N - мощность, необходимая для нагрева материала, кВт; х - скорость нагрева материала, єС/мин; G - масса нагреваемого материала, кг; Е - напряжённость электрического поля, В.

Давление прессования определяется, прежде всего, свойствами пресс-материала (вязкостью, жёсткостью), а также конструкцией изделия и пресс-формы. Для большинства пресс-материалов давление формования составляет 24-40 МПа и уточняется опытным путём при формовании изделия.

При выборе пресса для формования изделия номинальное усилие пресса рассчитывают по формуле

Nн Руд Fизд n k.

Необходимое давление рабочей жидкости в гидросистеме пресса (манометрическое) определяется по формуле:

Рм = Руд Fизд n k / Sпл = Руд Fизд n k /(0,78 d2пл),

где Nн - номинальное усилие пресса; Руд - удельное давление прессования материала; Fизд - площадь изделия в плоскости разъёма формы; n - число гнёзд формы; k - коэффициент, учитывающий потери давления при прессовании (1,1-1,15); Sпл - площадь плунжера; dпл - диаметр плунжера гидроцилиндра пресса.

В целях удаления летучих веществ и водяных паров из полости пресс-формы используют специальный приём - подпрессовку: сразу после полного смыкания формы пуансон поднимают на 10-20 мм и сразу опускают. При этом из нагретого, но ещё не отверждённого материала легко удаляются газообразные продукты, образующиеся при нагреве пресс-порошка. Тип подпрессовок и их количество выбираются с учётом свойств материала, характеристик изделия и типа пресса.

Температура пресс-формы оказывает влияние на скорость отверждения пресс-материала и свойства получаемого изделия. Для большинства фенопластов форма нагревается до температуры 160-190 єС, конкретное значение температуры уточняют с учётом массы и толщины стенки изделия, скорости отверждения пресс-материала, теплового эффекта реакции отверждения.

Продолжительность отверждения и выдержки материала в форме рекомендуется рассчитывать по формулам [15]:

tв = tн + tотв; tотв = В е-Тотв; tн = (2R) Fo/(4a),

где tв - продолжительность выдержки материала в пресс-форме, с; tотв - продолжительность отверждения материала, с; tн - продолжительность нагрева материала до температуры формования, с; В - константа материала; Тотв - температура отверждения, К; - температурный коэффициент, 1/град; Fо - критерий Фурье; а - коэффициент температуропроводности м2/с; 2R - максимальная толщина изделия, м.

Коэффициент равен 0,03 1/с для фенопластов общетехнического назначения и жаростойких; 0,02 1/с - для фенопластов электротехнического назначения; 0,028 1/с - для аминопластов групп А и Б и 0,0351/с - для стекловолокнита АГ-4В и ДСВ.

Если для данной марки, партии материала имеется значение времени отверждения по пластометру, то время выдержки в форме рассчитывают по следующим формулам [15]:

tв = tн + (tв.пл - tн.пл) е-(Тотв.пл - Тотв);

tв = (х/пл) (2Rх/2Rпл)2 tн.пл + (tв.пл - 19),

где - коэффициент, учитывающий предварительный нагрев материала (равен 0,85 для фенопластов и 0,9 - для амино-пластов); tв.пл - время отверждения образца в пластометре, с; tн.пл = 19 с; Тотв.пл - температура испытаний в пластометре, К; Тотв - температура отверждения при формовании изделия (обычно принимается равной температуре формы), К; х, пл - коэффициенты формы для изделия и образца пластометра (пл = 1,54); 2Rх - толщина изделия, мм; 2Rпл - толщина образца пластометра (3 мм); tн.пл - продолжительность нагрева образца в пластометре, 19 с.

Величина х для изделий различной формы составляет: плита - 1,54; брусок - 0,84; цилиндр бесконечной длины - 0,8; куб - 0,72; цилиндр высотой, равной диаметру - 0,64; шар - 0,48.

При загрузке материала форму с температурой, близкой к температуре формы (Тф - Тм менее 15 К), расчёт времени нагрева не производят.

Время цикла рассчитывают как сумму времени, затрачиваемого на выполнение операций прессом (машинное время) и на процессы нагрева и отверждения материала (технологическое время):

tц = tмаш + tтехн;

tмаш = tразм + tзагр + tсм + tпаузы,

где tразм, tсм, tзагр, tпаузы - соответственно продолжительность размыкания, смыкания пресс-формы, загрузки материала в форму, паузы между циклами, с.

Ориентировочные режимы прессования реактопластов приведены в прил. 7.

При формовании изделий методом литья под давлением основными технологическими параметрами являются: температура материального цилиндра (Тц), температура формы (Тф), объёмная скорость впрыска (Q) или время заполнения формы (tз ф), давление литья (Рл), время выдержки под давлением (tв), время охлаждения изделия в форме (tохл), время цикла (tц).

Температуру материального цилиндра (температура литья) назначают с учётом необходимой температуры расплава полимера, которая выбирается в интервале между температурами плавления () для кристаллических или текучести (Тт) для аморфных полимеров и деструкции полимера (Тд): . Чем сложнее конструкция изделия и больше его масса, тем выше температура расплава. Желательно принимать минимальную из возможных температур расплава, что позволяет снизить энергозатраты на формование изделий и уменьшить тепловое воздействие на материал, его термическую деструкцию.

Для полиэтилена, полипропилена, полистирола, пластифицированного поливинилхлорида и полиформальдегида температура литья может быть определена посредством номограммы, которая приведена на рис. 4 [3].

Температура расплава перерабатываемого полимера определяется по формуле

,

где Тi - температура определения фi и гi (по кривой течения или показателя текучести расплава), К; Ег - энергия активации вязкого течения, Дж/моль; R - универсальная газовая постоянная, равная 8,3145 Дж/(моль К); фi, фп - напряжения сдвига, соответственно, определённые для полимера при его испытании и по номограмме.

Для определения минимальной и максимальной температуры переработки наносят две расчётные точки на нижнюю и верхнюю границы области переработки, а затем соответственно находят два значения напряжений сдвига фmin и фmax, по которым и рассчитывают соответствующие температуры.

Рис. 4. Номограмма для определения температуры литья [3]

Температура по зонам нагрева назначается следующим образом: минимальная назначается в зоне загрузки сырья, максимальная - в зоне дозирования шнека. Повышение температуры по зонам нагрева шнека проводится примерно на 20 К.

Температура формы для аморфных полимеров должна быть ниже температуры стеклования 30-40 К, а для кристаллических выбирается с учётом скорости охлаждения расплава и требуемой кристалличности полимера в интервале между температурами стеклования и плавления полимера.

Скорость впрыска определяется с учётом требований к изделию, его конструкции и массы.

Давление литья определяется по формуле

Рл = УДР + Рф = ДРм + ДРспл + ДРл с + Рф ,

где ДРм - потери давления в материальном цилиндре литьевой машины, которые определяются коэффициентом потерь Кп = 1,001,12; ДРспл - потери давления в сопле; ДРл с - потери давления в литниковой системе формы; Рф - давление в форме.

Уравнение состояния связывает основные характеристики полимера соотношением

,

где - удельный объём полимера при Т и Р, м3/кг; - объём, занимаемый собственно молекулами полимера, м3/кг; Р - давление, МПа; - внутреннее давление, МПа; R - универсальная газовая постоянная; T - температура, К; M - молярная масса структурного звена полимера, кг/м3.

Задаваясь значением плотности полимера в изделии и температурой расплава, определяем давление литья по следующей формуле

.

Экспериментально определённые значения констант уравнения состояния приведены в табл. 3.4 [15].

Таблица 4

Значения постоянных в уравнении состояния

Термопласт	, МПа	103, м3/кг	(R/M)102, Дж/(кгК)
ПС	180	0,822	7,98
ПК	67	0,61	3,27
ПММА	210	0,734	8,3
ПЭВП	677	1,11	29,7
ПЭНП	320	0,875	29,7
ПП	160	0,620	19,7
ПА-12	71,7	0,78	4,21
ПА-6	150	0,722	7,33

Потери давления в сопле и литниковых каналах рассчитывают по формулам, учитывающим геометрическую форму канала.

Для цилиндрического канала

.

Для прямоугольного канала

,

где l - длина канала, м; h и b - глубина и высота прямоугольного канала, м; m - входовой поправочный коэффициент; - напряжение сдвига при Тр и скорости сдвига, реализуемой в канале, МПа.

Скорость сдвига в свою очередь для этих же видов каналов рассчитывается по формулам

;

.

где Q - объёмный расход расплава через канал, м3/с; n - показатель степени в реологическом уравнении для данного полимера; c - число параллельных каналов на расчетном участке.

Время выдержки под давлением рассчитывается по уравнениям:

для цилиндрического впускного канала

;

для прямоугольного впускного литника

;

для центрального впускного литника с радиусом большим, чем половина толщины изделия

,

где r, , h, S - размеры впускных литников, м и м2; Тт - температура текучести (или плавления), К; Тф - температура формы, К; Трф - температура расплава в форме, К; а - коэффициент температуропроводности, м2/с; kл - коэффициент, учитывающий течение расплава в процессе подпитки: kл = V/Vл; - коэффициент формы для литника, равен 2 для цилиндрического и 1,5 - для щелевого и кольцевого; V - объём расплава, нагнетаемый в форму при выдержке под давлением, м3; Vл - объем впускного литника, м3.

Время охлаждения в форме рассчитывают по формуле [15]

,

где Т0, Тф, Ти - температуры расплава, формы, изделия соответственно в момент съёма, К; - толщина охлаждаемого изделия, м; А и С - коэффициенты, определяемые формой изделия (для плоского изделия А = 1,27 и С = 2; для цилиндра А = 1,6 и С = 5,76).

Время цикла складывается, как и при прессовании изделий, из времени, определяемого литьевой машиной («машинного» времени) и технологического времени - времени охлаждения изделия, которое будет лимитирующим.

,

где см, впр, разм, пазы - время смыкания формы, впрыска расплава в форму, размыкания формы и паузы между циклами, соответственно.

При литье под давлением реактопластов рассчитывают или определяют следующие параметры [15].

Давление в гидроцилиндре литьевой машины:

Руд=с+Рл+Рк ,

где Руд - давление литья, МПа; с и Рл - потери давления в каналах сопла и литниках, МПа; Рк - давление, необходимое для уплотнения материала в форме, примерно составляет 50 МПа.

Длительность выдержки под давлением (Tд):

Tд = K (tвп - tнп) e(Tв -Tз ,

где K - коэффициент, учитывающий степень отверждения материала в литнике, ориентировочно равный 0,6-0,6; tвп - время отверждения материала при стандартных условиях, определяемое на пластометре, с; tнп - время нагревания материала в пластометре до температуры испытания Тп, С;

Усилие смыкания формы

Fсм = Pф (Sизд n + Sл).

Длительность выдержки под давлением:

tво = (tвп - tнп) e(Tпл - Tф) - tд.

(температура формы близка к температуре материала)

tво = (1/К2) (2/4а) ln (К1(Тф - Т0)/(Тф - Тн)) + (tвп - tнп) e(Tпл - Tф).

(материал подогревается в форме после впрыска).

Технологические свойства литьевых пластмасс приведены в прил. 8.

Технологическая документация (2-4 c.)

Спроектированный технологический процесс оформляется в виде технологической документации, которая представляется следующими документами:

Маршрутная карта (МК) - документ, содержащий описание технологического процесса изготовления продукции по всем операциям в их технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, оснастке, материальных и трудовых нормативах (ГОСТ 3.1105). Маршрутная карта составляется на основе детально разработанных операционных карт.

Операционная карта (ОК) содержит описание технологической операции с указанием переходов, режимов и данных о средствах технологического оснащения (ГОСТ 3.1409). На основе разработанных маршрутной и операционной карт производят все дальнейшие технологические расчёты: определение количества оборудования, необходимого для выполнения заданной производственной программы, численности рабочих, расчёт фонда зарплаты и т.д. Маршрутная карта может быть заменена картой технологического процесса.

Карта технологического процесса (КТП) предназначена для описания типового технологического процесса изготовления деталей из пластмасс (ГОСТ 3.1421) по всем операциям, включая контроль и перемещение.

Заключение (1-2 с)

В заключении излагаются основные результаты проведённой работы и отмечаются основные особенности процесса переработки полимера в изделия выбранным методом:

* приводятся результаты анализа литературы по теме работы;

* анализируется выбор сырья для получения проектируемых к выпуску изделий;

* характеризуется выбранная технологическая схема производства; * анализируются результаты материального расчёта и расчёта параметров процесса;

* анализируются пути переработки отходов, образующихся в производстве.

В «Заключении» не допускается повторения содержания введения и основной части, в частности выводов, сделанных по главам.

Список литературы

Основные требования, предъявляемые к списку литературы: * наличие опубликованных отечественных и зарубежных документов;

* разнообразие видов изданий: официальные, нормативные, справочные, учебные, научные, производственно-практические и т.д.;

* отсутствие морально устаревших документов.

Библиографические описания документов в списке литературы оформляются в соответствии с требованиями ГОСТ 7.1, ГОСТ 7.16, ГОСТ 7.34, ГОСТ 7.40.

В библиографических описаниях допускаются сокращения в области выходных данных по ГОСТ 7.11 и ГОСТ 7.12. Библиографические описания документов располагают в алфавитном порядке по первым элементам - авторским заголовкам (фамилии и инициалы авторов) или по основным заглавиям.

Библиографическое описание на языках с разной графикой группируются в два алфавитных ряда:

* вначале на русском языке или языках и кириллической графикой;

* затем на языке (языках) с латинской графикой (например, английском, немецком и др.).

Упорядоченный список литературы должен быть пронумерован по порядку записей арабскими цифрами.

Вспомогательные указатели

В состав вспомогательных указателей курсовой работы могут входить:

* список сокращений;

* список условных обозначений;

* указатель авторов;

* указатель таблиц;

* указатель иллюстраций и др.

Состав вспомогательных указателей курсовой работы определяется студентом исходя из особенностей представления е содержания.

Список сокращений оформляется в виде алфавитного перечня принятых в тексте курсовой работы сокращений и аббревиатур и соответствующих им полных обозначений понятий.

Список условных обозначений оформляется в виде перечня использованных в тексте курсовой работы условных обозначений с соответствующей их расшифровкой.

Указатель авторов оформляется в виде алфавитного перечня фамилий и инициалов авторов документов, использованных при подготовке текста курсовой работы с указанием соответствующих им порядковых номеров документов в списке литературы.

Указатели таблиц и иллюстраций оформляются в виде перечня названий таблиц (иллюстраций), упорядоченных в соответствии с их порядковыми номерами, указанием страниц их местоположения в тексте курсовой работы.

Приложения

Приложения призваны облегчить восприятие содержания работы, и могут включать: материалы, дополняющие текст; промежуточные формулы и расчёты; таблицы вспомогательных данных, иллюстрации вспомогательного характера, инструкции, анкеты, методики; алгоритмы задач, решаемых ЭВМ; описания программных средств; характеристик аппаратуры и приборов, применяемых при выполнении работы; протоколы испытаний, заключения экспертизы, акты внедрения и т.д.

Правила представления приложений:

* приложения помещают в конце курсовой работы;

* каждое приложение должно начинаться с новой страницы, иметь содержательный заголовок;

* приложения нумеруют арабскими цифрами порядковой нумерацией. Номер приложения размещают в правом верхнем углу над заголовком приложения после слова «Приложение»; * приложения должны иметь общую с остальной частью курсовой работы сквозную нумерацию страниц.

На все приложения в основной части курсовой работы должны быть ссылки.

Требования к оформлению курсовой работы

Содержание текстовой части курсовой работы может быть представлено в виде собственно текста, таблиц, иллюстраций, формул, уравнений и других составляющих.

Пояснительную записку составляют согласно ГОСТ 2.106-79 по формам 5 и 5а. Необходимые схемы, таблицы и чертежи допускается выполнять на листах любых форматов, установленных в ГОСТ 2.301-68, при этом основная подпись на текстовых документах выполняется по ГОСТ 2.104-68.

Содержание, расположение и размеры граф основных подписей, заполненных граф к ним, а также размеры рамок на чертежах и схемах должны соответствовать форме 1, а в текстовых документах форме 2 и 2а.

Тексты выполняют одним из следующих способов согласно ГОСТ 2.105-79:

* машинописным - на одной стороне листа через 2 интервала высота букв не менее 2,5 мм, шрифт должен быть четким; * рукописным - основной шрифт по ГОСТ 2.304-81 с высотой букв не менее 2,5 мм. Цифры и буквы писать четко, черной тушью; * компьютерный набор текста - необходимо применять шрифт Times New Roman cyr кеглем в 16 пунктов с одинарным межстрочным интервалом.

Графическая часть курсовой работы выполняется на бумажных носителях стандартного формата, соответствующего ГОСТ 2.301-68.

Наглядные графические документы могут быть выполнены вручную карандашом, чёрной тушью или с использованием графических устройств вывода ЭВМ (графопостроителей).

Надписи на наглядных графических документах следует выполнить вручную шрифтом в соответствии с требованиями ГОСТ 2.304-68 или машинным способом. Толщина линий должна соответствовать требованиям ГОСТ 2.303-68.

Порядок защиты курсовых работ

Завершённая курсовая работа вместе с планом-графиком её выполнения передаётся студентом на кафедру за неделю до защиты для её анализа.

Принятие решения о допуске студента к защите курсовой работы осуществляется руководителем. Допуск подтверждается подписью руководителя с указанием даты допуска. Курсовая работа не может быть допущена к её защите при невыполнении существенных разделов «Задания» без замены их равноценными, а также при грубых нарушениях правил оформления работы.

Дата защиты определяется кафедрой. Защита работы носит публичный характер и включает доклад студента, а также его обсуждение.

В докладе студент освещает актуальность и значимость темы, цель и задачи, объект и предмет работы; раскрывает сущность проблемы и свой вклад в её решение, характеризует итоги проведённой работы, намечает перспективы работы над данной темой и пути внедрения результатов работы в практическую деятельность.

Порядок работы обсуждения предусматривает: ответы студента на вопросы членов комиссии и других лиц, присутствующих на защите; выступление руководителя (при необходимости), дискуссию по защищаемой работе.

Решение об оценке курсовой работы принимается членами комиссии по результатам анализа предъявленной курсовой работы, доклада студента и его ответов на вопросы.

Список рекомендуемой литературы

Бахман, А. Фенопласты / А. Бахман, К. Мюллер; Пер. с нем. - М.: Химия, 1978. -288 с.

Бернхардт, Э. Переработка термопластичных материалов / Э. Бернхардт; пер. с англ. под ред. Г. В. Виноградова. - М.: Химия, 1962. - 588 с.

Бортников, В.Г. Основы технологии переработки пластических масс: учеб. пособие для вузов / В. Г. Бортников- Л.: Химия, 1983. - 304 с.

Гуль, В. Е. Основы переработки пластмасс / В. Е. Гуль, М. С. Акутин. - М.: Химия, 1985. - 400 с.

Дедюхин, В. Г. Прессованные стеклопластики / В. Г. Дедюхин, В. П. Ставров. -М.: Химия, 1976. - 272 с.

Калинчев, Э.Л., Свойства и переработка термопластов: справ. пособие / Э.Л. Калинчев, М.Б. Саковцева. - Л.: Химия, 1983. - 288 с.

Каменев, Е. И. Применение пластических масс: справочник / Е. И. Каменев, Г. Д. Мясников, М. П. Платонова. - Л.: Химия, 1985. - 448 с.

Лапшин, В. В. Основы переработки термопластов литьём под давлением / В. В. Лапшин. - М.: Химия, 1977. - 216 с.

Леонов, А. И. Основы переработки реактопластов и резин методом литья под давлением / А. И. Леонов, Н. И. Басов, Ю. В. Казанков. - М.: Химия, 1977. - 216 с.

Макаров, В. Г. Промышленные термопласты: справочник / В. Г. Макаров, В. Б. Коптенармусов. - М.: АНО «Издательство «Химия», «Издательство «КолосС», 2003. - 208 с.

Мак-Келви, Л. М. Переработка полимеров / Л. М. Мак-Келви ; пер. с англ. - М.: Химия, 1965. - 442 с.

Николаев, В. В. Технология производства стеклопластиков / В. В. Николаев, К. А. Соколов. - М.: Химия, 1972. - 210 с.

Носалевич, И. М. Химические процессы при переработке термопластов / И. М. Носалевич, В. А. Пахаренко. - Харьков: Высш. шк.; Изд-во при Харьк. ун-те, 1981. - 152 с.

Оленев, Б. А. Проектирование производств по переработке пластических масс / Б. А. Оленев, Е. М. Мордкович, В. Ф. Калошин. - М.: Химия, 1982. - 256 с.

Основы технологии переработки пластмасс: учеб. для вузов / С. В. Власов [и др.]. - М.: Химия, 2994. -600 с.

Продукция предприятий по переработке пластмасс : каталог / Т.П. Теперик [и др.]. - Черкассы: НИИТЭХИМ, 1983. - 268 с.

Теряева, Т.Н. Материальные расчёты: метод. указания / Т. Н. Теряева; ГУ КузГТУ. - Кемерово; 1989. - 25 с.

Техника переработки пластмасс / под ред. Н. И. Басова, В. Броя. - М.: Химия, 1985. - 528 с.

Фридман, М. Л. Технология переработки кристаллических полиолефинов / М. Л. Фридман. - М.: Химия, 1977. - 398 с.

Энциклопедия полимеров : в 3 т. - М.: Советская энциклопедия, 1972. - Т. 1; 1974. - Т. 2; 1977. - Т. 3.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Образец обложки курсовой работы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет»

Химико-технологический факультет

Кафедра технологии переработки пластических масс

ПРОИЗВОДСТВО ЛИТЬЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНА МОЩНОСТЬЮ 50 т в год

Курсовая работа

Кемерово 2007

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Образец оформления титульного листа курсовой работы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет»

Химико-технологический факультет

Кафедра технологии переработки пластических масс

УДК 678.073.027.74

ПРОИЗВОДСТВО ЛИТЬЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНА МОЩНОСТЬЮ 50 т в год

Исполнитель: Л.И. ИВАНОВА

Студент гр. ХП-051

Руководитель: Т.Н. Теряева, к.т.н., доцент_________________

Зав. кафедрой: С.Д. Евменов, к.т.н., доцент ________________

Кемерово 2007

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Образец задания на курсовую работу

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет»

Химико-технологический факультет

Кафедра технологии переработки пластических масс

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студент Л.И. ИВАНОВА гр.ХП-051

Тема работы: «Производство литьевых изделий из полиэтилена мощностью 50 т в год»

Утверждена кафедрой «Технология переработки пластических масс», протокол № 2 от 20.09.2007

Срок сдачи работы 15.12.2007

Перечень вопросов, подлежащих исследованию или разработке:

в соответствии с методическими указаниями кафедры

Руководитель___________________________ подпись, дата

Зав. кафедрой ____________________________ подпись, дата

Задание принял к исполнению_______________ подпись, дата

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Образец плана-графика выполнения курсовой работы

ПЛАН-ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Студент Л.И. ИВАНОВА гр.ХП-051

Тема работы: «Производство литьевых изделий из полиэтилена мощностью 50 т в год»

Утверждена кафедрой технологии переработки пластических масс, протокол № 2 от 20.09.2007

Срок сдачи работы 15.12.2007

Этапы работы	Сроки выполнения	Вид отчётности	Отметка о выполнении
Разработка технологической схемы	20.09.07	Чертёж схемы, текст описание
Характеристика сырья, готовой продукции	30.09.07	Раздел КР
Теоретические основы процесса	10.10.07	Раздел КР
Материальный расчёт, отходы производства	25.10.07	Раздел КР
Технологические параметры процесса	10.11.07	Раздел КР
Технологическая документация	20.11.07	Раздел КР
Введение, заключение	30.11.07	Раздел КР
Оформление работы	15.12.07	Курсовая работа

Руководитель___________________________ подпись, дата

Задание принял к исполнению_______________ подпись, дата

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Типовая технологическая схема прессования реактопластов

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Типовая технологическая схема литья под давлением термопластов

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Технологические свойства и режимы прессования реактопластов

Марка материала	О3-010-02	Э2-330-02	Сп1-342-02	АГ-4В	Амино-пласт
Плотность, г/см3	1,4	1,4	1,4	1,7-1,9	1,35-1,45
Вязкость при 120°С, Па·с	21-35	40	21-40	10-20	18-36
Продолжительность вязко-текучего состояния, с (120°С/170°С)	420 20-40	600 80	600 75	480 30-40	71-154 30-60
Время отверждения, с	50-80	140	120-150	-	78-130
Напряжение, при котором определялось время отверждения, МПа	6	6	6	-	4
Температура предварительного подогрева, оС	130-170	80-100	150-160	120-130	90-100
Температура прессования без подогрева, оС	155±5	155±5	155±5	145±5	155±5
Температура прессования с подогревом, оС	185±5	160±5	185±5	145±5	160±5
Давление прессования, МПа	25-35	25-35	25-35	30-40	25-35

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

изделие литьевой полимер переработка

Технологические свойства и режимы литья под давлением термопластов

Термопласт	Температурные характеристики полимеров, °C	Параметры литья
	Тс	Тпл	Ткр max	Тд	Тр, оС	Тф, оС	Рл, МПа
ПС блочный	100	-	-	290	190-260	15-50	80-120
УПС, УПМ	90	-	-	280	180-260	15-30	60-150
АБС	120	-	-	260	220-250	40-80	90-170
ПММА	105	-	-	270	190-250	40-80	100-160
ПЭНП	-70	105	95	300	180-240	20-60	60-120
ПЭВП	-70	125	120	300	200-280	20-60	70-120
ПП	-15	160	140	280	200-300	20-70	100-120
ПА-6	45	220	165	300	230-290	60-100	80-150
ПА-6,6	50	255	180	315	265-285	60-100	80-150
ПЭТФ	70	255	205	320	270-280-	120-140	70-150
ПК	150	-	-	350	280-320	80-110	90-170
ПВХжестк.	87	-	-	180	200-205	30-60	80-250
ПВХмягк.	-10 -60	-	-	-	150-220	30-50	60-100

Размещено на Allbest.ru