Реконструкция участка по выпуску формовых резиновых технических изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет Заочный факультет

Кафедра Технологии нефтехимического синтеза и переработки полимерных материалов

Специальность 1-48 01 02 "Химическая технология производства и переработки органических материалов"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту на тему:

«ПРОЕКТ РЕКОНСТРУКЦИИ УЧАСТКА ПО ВЫПУСКУ ФОРМОВЫХ РТИ»

Дипломник Юрковский С.В.

Руководитель доцент Липлянин П.К.

Зав. кафедрой член-корр. НАН Б, проф. Прокопчук Н.Р.

Консультанты:

по охране труда и БЖД доцент Челноков А.А.

по охране окружающей среды ст. препод. Капориков В.П.

по экономической части ассистент Соболевский А.С.

по автоматизации доцент Максимов В.Я.

Нормоконтролеры: доцент Липлянин П.К.

Председатель ГЭК Гуща В.М.

Минск 2008г.

РЕФЕРАТ

Дипломный проект содержит 8 листа графического материала, 108 стр., 21 рис., 27 табл., 50 ист. лит.

ИНГРЕДИЕНТ, РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ, ЗАГОТОВКА, ЧЕРВЯЧНАЯ МАШИНА, ВАЛЬЦЫ, ВУЛКАНИЗАЦИОННЫЙ ПРЕСС

Целью данного проекта является проект реконструкции участка по выпуску формовых РТИ на ОАО «Мозырский НПЗ». Выбор и расчет потребного количества оборудования для приготовления резиновых изделий в объемах, обеспечивающих потребность ОАО «Мозырский НПЗ».

В дипломном проекте рассмотрен участок по производству РТИ, обоснование реконструкции с критическим анализом существующего производства и обоснованием осуществления реконструкции.

Приведен аналитический обзор и патентная проработка по производству формовых РТИ.

На основе аналитического обзора произведен выбор и обоснование технологической схемы, приведены характеристики и состав исходных резиновых смесей. Выполнен материальный баланс.

Произведен расчет необходимого количества оборудования, проведены инженерно-технологические расчеты.

Описан технологический процесс с учетом проектных решений, описание вспомогательных процессов.

Приведены описания средств автоматизации технологического процесса.

Рассмотрены мероприятия по охране труда и безопасности жизнедеятельности. Дан анализ опасных и вредных производственных факторов, определена категория помещения по пожаро- и взрывоопасности.

Рассмотрены мероприятия по охране окружающей среды. Дана характеристика источников и состава атмосферных выбросов и предложения по снижению вредного воздействия на окружающую среду.

Приведены методы контроля качества сырья и готовой продукции.

Приведены экономические обоснования принятых инженерных решений. Приведены основные технико-экономические показатели.

Дана общая оценка по данному проекту, его особенности и технико экономическая эффективность.

ВВЕДЕНИЕ

Резиновые технические изделия применяют практически во всех сферах народного хозяйства. Эксплуатация воздушного, водного, автомобильного, железнодорожного транспорта и энергетических установок невозможна без использования долговечных и надежных резиновых, резинометаллических и резинотканевых уплотнений.

В промышленности, в различных машинах и механизмах широко используют приводные ремни и рукава. Также РТИ широко используются в качестве уплотнительного материала в фланцевых и резьбовых соединениях.

В настоящее время резиновые технические изделия выпускаются на специализированных предприятиях как крупных, так и мелких производителей. Однако существуют ситуации, при которых налаживание крупномасштабных производств экономически не целесообразно. В таких случаях необходимо создание небольших участков по производству нужных для данного предприятия РТИ, с учетом покрытия всех потребностей в конкретном изделии по всем типоразмерам.

На Мозырском НПЗ существует участок по производству РТИ. Производятся следующие изделия: манжеты, кольца и другие не стандартные изделия.

В данном проекте рассматривается реконструкция участка по выпуску РТИ на Мозырском НПЗ, целью которой является повышение экономической и производственной эффективности.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА

1.1 Изготовление формовых изделий

Производство формовых РТИ занимает особое место благодаря широкому ассортименту, разнообразию форм изделий и большому числу требований, предъявляемых к ним. Производства, выпускающие формовые изделия, занимают ведущее место в отрасли. На них занято около 40% промышленно-производственного персонала всей отрасли.

Формовыми изделиями принято называть изделия, изготавливаемые путем прессования и вулканизации в формах. Процесс изготовления формовых изделий складывается из операций с пресс-формами, в которых происходит образование из сырой заготовки готового, четко оформленного изделия. Основными методами формования резиновой смеси являются прямое прессование, литьевое прессование и литье под давлением /1/.

Метод прямого прессования заключается в сжатии в полости пресс-формы заготовки из резиновой смеси (рис. 1.1). Прессующим давлением смесь распределяется по объему полости, а ее избыток вытесняется через разъемы между частями пресс-формы или специальные каналы. Отходы смеси в виде выпрессовки в среднем составляют 3-5%, но могут достигать и 50-60% при изготовлении мелких изделий и учитываются при изготовлении заготовок смеси для прессовой вулканизации. В частности, прессовое формование рекомендуется для жестких резиновых смесей, имеющих вязкость по Муни при 100°С более 60 - 100 ед. и время подвулканизации при 120°С не менее 10 мин. Более мягкие и устойчивые к подвулканизации смеси могут перерабатываться как литьем, так и формовым прессованием. Заготовки, предназначенные для прямого прессования, должны заполнять формующую полость при смыкании пресс-формы. При этом они могут быть как простой геометрической формы (вырезаются из листа экструдированной резиновой смеси), так и достаточно сложной - собранной из нескольких частей.

Схема изготовлений изделий методом компрессионного прессования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1

Изделия получают формованием и вулканизацией в пресс-формах под давлением. Формование резиновых изделий основано на использовании свойства резиновых смесей переходить при нагревании в вязкотекучее состояние. При этом одновременно протекает химическая реакция, сопровождающаяся сшиванием макромолекул и образованием трехмерной (сетчатой) структуры - вулканизация. Технологический процесс производства включает стадии приготовления резиновых смесей, изготовления заготовок, формования и вулканизации, обработки вулканизованных изделий, контроля и упаковки. При изготовлении армированных изделий дополнительной стадией является подготовка металлической арматуры.

Для производства формовых РТИ наряду с новыми заводами, оснащенными современным технологическим оборудованием, и специализированными цехами по выпуску массовых видов формовых изделий (например, армированных манжет, аккумуляторных баков), используются цехи, оснащенные этажными вулканизационными прессами со съемными пресс-формами и характеризующиеся невысоким уровнем механизации на подготовительных и особенно на заключительных операциях на участках обработки, контроля и упаковки. Вследствие этого производство формовых РТИ характеризуется наибольшей трудоемкостью и сложностью организации. Так, производительность труда в производстве формовых изделий на 40% ниже, чем в среднем по отрасли РТИ. Помимо специализированных заводов имеются входящие в состав многих предприятий различных отраслей промышленности цехи и участки, выпускающие формовые РТИ мелких серий и опытные партии изделий из резиновых смесей, изготавливаемых на заводах РТИ. При этом рецептура резиновых смесей, технология производства изделий и требуемое оборудование согласуется с НИИРП./3/

Существенным фактором повышения эффективности производства является снижение отходов в производстве формовых РТИ, где затраты на материалы составляют примерно 55-75% себестоимости продукции /4/. Поэтому проблема экономного расходования сырья является чрезвычайно важной. Внедрение литьевого формования дает повышение производительности труда и значительный рост уровня механизации, но не всегда способствует сокращению отходов. По сравнению с компрессионным формованием они существенно возрастают./4/

Так, количество отходов при изготовлении мелких изделий на литьевых прессах методом трансферного формования иногда достигает 1000%, что снижает экономическую эффективность процесса.

Формование является одной из основных стадий технологического процесса изготовления резиновых изделий и заключается в доведении перерабатываемой смеси до вязкотекучего состояния (обычно за счет разогрева смеси) и придания ей необходимой формы. Осуществляется это различными способами, наибольшее распространение из которых получили прессование; литье под давлением в плунжерных формах, на литьевых прессах, в литьевых машинах; вакуум-формование, пневмо-формование, формование паром.

В основе формования лежит течение резиновых смесей под действием давления. Основными параметрами формования являются давление, приложенное к смеси, температура смеси и формы, скорость и время формования. На протекание процесса и свойства получаемых изделий оказывают существенное влияние конфигурация и размеры формы, свойства смеси (реологические, теплофизические, вулканизационные и т.д.), особенности пластикации и разогрева смеси, характер течения, способ передачи давления, обогрев формы и др.

При формовании изделий одновременно протекают гидродинамические, тепловые, релаксационные процессы, а также процесс подвулканизации.

При температурно-временном воздействии на смесь в процессе формования изделий происходит постепенный переход резиновой смеси из вязкотекучего состояния (несшитый полимер) в упругое (материал с трехмерной структурой).

Изготовление формовых РТИ компрессионным методом предполагает формование резиновой смеси из заранее изготовленных заготовок и вулканизацию. Оба процесса проводятся в одних и тех же пресс-формах и вулканизационных прессах, которые могут различаться конструкцией, производительностью, способом обогрева и т. д. В пресс-формы закладывают заготовки, по массе несколько превышающие готовое изделие, поэтому неизбежны потери резины в виде выпрессовок (облоя). При этом, чем меньше масса детали и сложнее ее конфигурация, тем больше относительный расход резиновой смеси.

Основным направлением интенсификации производства формовых РТИ компрессионным методом являются механизация и автоматизация технологических процессов: совершенствование методов изготовления заготовок, оснащение прессов подъемными столами, механизмами для выдвижения полуформ и перезарядчиками.

1.2 Изготовление заготовок для формового прессования

Изготовление заготовок - важная стадия процесса. От качества заготовки - ее соответствия нормам по массе, размерам и однородности - в значительной мере зависит качество изделий и эффективность процесса в целом (количество вулканизационных отходов и брака). Из методов изготовления заготовок наиболее перспективны профилирование в предформователях и на червячных машинах холодного питания, снабженных автоматами для резки профиля, а также прессование измельченных резиновых смесей.

Применение предформователей типа «Барвелл» (рис.1.2) - высокопроизводительных экструзионных машин плунжерного типа - обеспечивает получение заготовок необходимой массы и размеров. Линия для изготовления заготовок с использованием предформователя включает: плунжерный гидравлический экструдер с регулируемой подачей материала со сменными головками, оснащенный режущим устройством в виде ротационного ножа с приводом от четырехскоростного электродвигателя. Агрегат оснащен объемным регулятором расхода рабочей жидкости, который позволяет с высокой точностью экструдировать резиновую смесь, что является его основным преимуществом. Перед экструзией смесь вакуумируется в камере, что обеспечивает выпуск заготовок без пор. /2/

Высокопроизводительным способом изготовления заготовок мелких формовых изделий является штамповка (например, по технологии английской фирмы «Ангус»). По этому способу полоса резиновой смеси, срезанная с каландра, подается на установку, на которой в автоматическом режиме вырубают заготовки, укладывают их в гнезда формы, формуют и предварительно вулканизуют в течение 8 - 16 с при высокой температуре. Для предотвращения прилипания изделий к поверхности формы каландрованное полотно покрывают специальным жидким антиадгезивом. Оформленное изделие направляют на довулканизацию в термостат.

Схема предформователя заготовок типа «Барвелл»

1 - гидроцилиндр; 2 - плунжер; 3 - материальный цилиндр; 4 - головка; 5 - нож; 6 - привод ножа; 7 - маховик; 8 - цилиндр поворота головки

Рис.1.2

Точность деталей, изготавливаемых таким способом, достигается подбором нужных свойств резиновой смеси по твердости, вязкости, подвулканизации и высокой стабильности, а также высокой точностью заготовок за счет поддержания заданной толщины каландрованной полосы и правильного подбора штанцев./2/

Перспективен, особенно при получении заготовок из резиновых смесей повышенной жесткости, способ их формования из измельченных резиновых смесей (на автоматах таблетирования). Применение данного способа позволяет улучшить качество изделий, повысить их стойкость к физическим агрессивным средам, интенсифицировать процесс производства, поскольку можно применять активные вулканизующие группы без опасности подвулканизации смесей на стадии изготовления заготовок. Экономичность данного процесса заключается в обеспечении большей точности массы и размеров заготовок, а также в возможности получения комбинированных заготовок из измельченных резиновых смесей различного состава, например на основе СКН и СКФ.

Входящая в группу Frimo фирма Frimo Hungary показала на выставке 2004 термоформовочную машину Ecoline 20/10 в модульном исполнении, которая легко переставлялась с помощью вильчатого погрузчика. Она имеет электромеханический привод, поэтому отличается гибкостью, эргономичностью и экономичностью. Машина имеет систему быстрой замены форм с их автоматическим распознаванием, замена продолжается всего несколько минут. В зависимости от толщины заготовки для ее нагрева используются галогенные или кварцевые излучатели /5/.

В модернизации нуждается и такой вид оборудования, как червячная машина. Предложен экструдер Rollex типа шестеренчатого насоса, который предназначен для предварительного формования и стрейнирования резиновой смеси практически на любой производственной линии. Холодная резиновая смесь в виде полос направляется в шестеренчатый насос высокопроизводительным червяком, приводимым в движение гидравлическим мотором. Поддерживается постоянная температура в процессе переработки смеси. Представленная технология с использованием вулканизующих агентов позволяет осуществлять более мягкую обработку, хорошую очистку на очень мелкой сетке, что приводит к снижению отходов и брака /6/.

В Англии предложен винтовой экструдер, который предназначен для предварительного нагрева и гомогенизации эластомеров перед их подачей в экструзионную головку. Экструдер оборудован шестерённым насосом, который установлен на выходе и обеспечивает высокую равномерность и заданное давление подачи расплава. Особенность экструдера заключается в том, что шестерённый насос приводится в действие от вала червяка экструдера через зубчатую передачу и карданный вал, т. е. для привода, червяка и насоса требуется один электродвигатель. Экструдер легко разбирается для очистки /7/.

По материалам выставки Fakuma 2003 был представлен экструдер модели ZE 40 UTX, главным внешним отличием которого является прямоугольный цилиндр составной конструкции. Такая замена позволила упростить крепление отдельных секций между собой и быструю замену в случае необходимости, а также применить более эффективную систему термостатирования. Рама экструдера позволяет встраивать вспомогательные агрегаты. Экструдеры имеют новую систему управления Berstorff Process Control, заменившую управление от программируемого контроллера /8/.

1.3 Вулканизация формовых РТИ

Вулканизация - это процесс, без которого невозможно из сырой резиновой смеси получить резину. Основным оборудованием для производства формовых РТИ являются вулканизационные пресса.

Вулканизация резиновых изделий осуществляется в металлических пресс формах (ГОСТ 23165-78 /9/) которые изготавливаются по рабочим чертежам в соответствии с требованиями ОСТ2 П75-1-73 /10/ и эксплуатируются по ГОСТ 29077-91 /11/. Пресс-формы устанавливаются на гидравлических прессах, основной задачей которых является создание больших давлений необходимых для получения качественных изделий. Давление в полости формы на смесь должно составлять для мягких 2-5 МПа (вязкостью по Муни при 100°С менее 60 ед.), а для жестких - 7-10 МПа.

Главным критерием выбора прессового оборудования для формования и вулканизации изделий является его универсальность, т.е. возможность изготовления самых разнообразных резиновых деталей из различных резиновых смесей с регулированием технологических параметров (давления, температуры, времени вулканизации и др.) в широких интервалах.

Параметры компрессионного формования определяются чаще всего опытным путем, хотя на базе обширных экспериментальных исследований, многолетней практической работы заводов созданы необходимые рекомендации для ведения процессов в оптимальных условиях.

Недостаток данного метода заключаются в том, что в процессе нагревания с повышением температуры объем резиновой смеси увеличивается и смесь вытекает из полости формы в виде облоя или в плоскость разъема полуформ, тем самым приоткрывая их, или в зазоры, имеющиеся в форме. Поэтому полученные изделия требуют дополнительной механической обработки /2/.

Формовые РТИ, выпускаемые заводами небольшими партиями, изготавливаются, как правило, компрессионным способом с использованием съемных форм. Для облегчения обслуживания пресса в этом случае используют подъемные столы. Последние применяются также при производстве РТИ с длительным циклом вулканизации. Однако такое приспособление частично облегчает физический труд и незначительно уменьшает время перезарядки./2/

Более эффективно применение кассетных пресс-форм, позволяющих более рационально использовать площадь плит пресса. В этом случае верхнюю и нижнюю плиты пресс-формы стационарно устанавливают на нагревательных плитах пресса, имеющего устройства для принудительного раскрытия.

Применение механизированных перезарядчиков двух- и трехплитных кассетных форм позволяет устранить физические усилия при перемещении и раскрытии пресс-форм и резко сократить время перезарядки. Наиболее часто встречаемые прессы марки 250-600-Э2 с перезарядчиками для кассетных двух- и трехплитных форм (рис. 1.3)/2/.

Схема вулканизационного пресса 250-600-Э2 с перезарядчиком типа 13-12

1 - привод выдвижения формы; 2 - цилиндр разъема форм; 3 - привод подъема верхней плиты; 4 - пневмопривод выдвижения средней плиты; 5- выталкиватель изделий

Рис.1.3

По окончании вулканизации пресс размыкается, кассета опускается вместе с нагревательной плитой. Механизм перемещения кассеты своим захватом выдвигает нижнюю плиту из пресса на перезарядчик. Крышка кассеты входит в захват механизма поворота, а отверстия средней плиты кассеты останавливаются под захватом механизма перемещения средней плиты. С помощью механизма разъема, штанги которого перемещаются вверх и нажимают штырями на выступы крышки кассеты, крышка кассеты отделяется от средней плиты. Затем планка разъемника своими уступами воздействует на среднюю плиту, которая отрывается от нижней, а захват механизма перемещения средней плиты входит в ее отверстия. Крышка кассеты механизмом поворота поворачивается на угол 70°, а средняя плита с помощью механизма перемещения подводится под выталкиватель, где производится выгрузка изделий. После этого выталкиватель поднимается, и кассеты перемещаются на разъемник. Средняя плита опускается на нижнюю, в нее загружаются заготовки, крышка кассеты опускается, кассета задвигается в пресс, и цикл повторяется.

Американская фирма Wabash MPI выпускает три модификации пресса модели G50H - 19, работающего с выдержкой под давлением до 5 МПа. Изолируемые опорные плиты агрегата, размером 483х483 мм равномерно обогреваются при рабочей температуре 260 ⁰С. По требованию заказчика поставляется приспособление для бесшумного срабатывания пресса и система низкого давления для работы с выдержкой под давлением от 2 до 5 МПа /12/.

Английская фирма Star linger North America выпускает прессы модулирующей конструкции в вертикальном и горизонтальном исполнениях, имеющие при необходимости С - образную форму. Узлы замыкания с четырьмя направляющими приводятся в действие с помощью гидро- или гидромеханических систем. Узел впрыска отличается укороченным соплом, незначительной потерей давления и точным объемом дозировки расплава. Прессы используют для изготовления угловых соединений резинотехнических изделий и труб, изделий небольших размеров /13/.

Американская кампания Wabash MPI предлагает пресс для прямого прессования модели PS 3H - 8 - CLX со встроенной вакуум камерой (или без неё) и электронагреваемыми (до 343⁰С) пластинами с водяным охлаждением размером 203х203 мм. Все операции осуществляются автоматически с помощью датчиков с запоминающими устройствами /14/.

При компрессионном формовании РТИ образование облоя происходит на первых стадиях процесса (рис. 1.4 а), когда резиновая смесь находится еще в вязкотекучем состоянии и ей может быть придана требуемая конфигурация будущего изделия /2/.

Схема прессования в плунжерной форме и образования облоя до (а) и после (б) смыкания полуформ

а)

б)

1 - верхняя полуформа; 2 - изделие; 3 - нижняя полуформа; 4 - облой. Р давление пресса; Рс - давление, создаваемое усилием пресса; д - зазор пресс-формы; D - диаметр гнезда пресс-формы

Рис.1.4

Для создания давления в полости формы заготовка, как правило, имеет объем на 3 - 8 % больше объема получаемой детали. Большое значение имеет конфигурация заготовки: чем ближе она к размерам и форме детали, тем меньше расход резиновой смеси. В момент смыкания плит давление в полости формы благодаря избытку резиновой смеси может достичь 60 - 70 МПа. Под таким давлением резиновая смесь заполняет все полости формы, а избыток резиновой смеси вытекает по плоскости разъема. Резиновая смесь под действием давления может затечь в зазоры, которые имеются в пресс-форме (посадочные места вставок, сердечников и другие вставные элементы формы). Затекание резиновой смеси при давлении свыше 40 МПа начинается в зазоре, превышающем 0,025 мм /3/.

В период вулканизации изделия давление в форме повышается из-за термического расширения резиновой смеси, и смесь вытекает из полости формы в виде облоя или в плоскость разъема полуформ, тем самым приоткрывая их, или в зазоры, имеющиеся в форме (рис. 1.4 б).

В отличие от прессового формования, при литье под давлением запирают пустую форму, затем в плотно закрытую форму под давлением плунжера или червяка подают резиновую смесь.

В этот период давление внутри формы повышается за счет термического расширения резиновой смеси. В момент максимального давления возможно раскрытие формы и выброс излишка резиновой смеси, который образовался в результате увеличения объема при термическом расширении, в результате чего давление в форме падает. Итак, источники образования облоя при формовании РТИ следующие: зазоры в форме, которые необходимы для обеспечения сборки и разборки формы; зазоры, возникающие от деформации деталей формы в момент ее закрытия под действием усилия пресса; зазоры, появляющиеся от тепловых деформаций элементов формы; действие внутреннего давления при тепловом расширении смеси; зазоры, возникающие между полуформами в момент, когда усилия пресса недостаточны для удержания формы в закрытом состоянии.

Герметичность прессовых и литьевых форм создается применением гибких полуформ и вставок из упругих элементов, нанесением эластичных покрытий на плоскости разъема формы, центрированием плит относительно друг друга. Одним из способов устранения образовавшегося облоя является использование режущих кромок. При этом способе при смыкании плит пресс-формы облой, находящийся в плоскости смыкания, выдавливается в облойную канавку (рис. 1.5) /2/.

Схема пресс-формы с режущей кромкой

1,2 - полуформы; 3 - изделие; 4 - режущая кромка; 5 - облой; 6 - облойная канавка

Рис.1.5

После заполнения полости пресс-формы резиновой смесью полуформы и вставки сопрягаются. На режущей кромке в зависимости от ее площади и приложенного усилия создается напряжение 100-150 МПа. Под действием такого давления резиновая смесь вытекает из плоскости смыкания, т. е. с поверхности режущей кромки.

Получение формовых РТИ с минимальным облоем и без него возможно лишь при определенном сочетании герметичности гнезда пресс-формы и точности заготовки при прессовании или дозы впрыска при литье. Важным направлением работ по сокращению отходов является использование инжекционно-компрессионного способа формования (в литьевых прессах 4520-113, «РЕП» и др.). При этом способе производства в форме имеется автономная литниковая система, которая соединена с инжекционным цилиндром и с гнездами одной части формы. После соединения формующего инструмента с инжекционным цилиндром резиновая смесь впрыскивается в полость формы, при этом происходят процессы формования и дозирования заготовки в гнезда формы. После окончания формования заготовок форма расстыковывается, литниковая система выводится из пресса, а ее место занимает вторая полуформа. После чего под давлением пресса осуществляется окончательное формование и вулканизация./15/

Фирма Fobona выпускает литниковую форму типа ”двойной куб”, предназначенную для литья нескольких деталей и их последующей сборки в изделие внутри формы. Между двумя полуформами располагаются два оформляющих вкладыша (куба) с гнездами, поворачивающиеся при каждом раскрытии формы на 90° относительно параллельных вертикальных осей. Форма в целом имеет три плоскости разъема и отличается от обычных высокой производительностью. Предназначена для изготовления массовой продукции /16/.

Перспективны безотходные процессы производства с использованием порошковой технологии, жидкого формования. Для заготовок используют порошкообразную или мелкогранулированную резиновую смесь с добавлением измельченных отходов - выпрессовок. Заготовки формуют как таблетки, а при изготовлении резиноармированных манжет в них запрессовывают металлическую арматуру. Сформованные заготовки можно применять на прессах-полуавтоматах, оснащенных перезарядчиками.

Жидкое формование позволяет исключить процессы резиносмешения и изготовления заготовок, характеризуется почти полным отсутствием отходов, резким сокращением трудовых затрат. Метод основан на поликонденсации жидких компонентов (олигоэфиров и диазоцианатов) непосредственно в формах с образованием полиуретанов сетчатого строения. Скорость процесса регулируется подбором соответствующих катализаторов. Компоненты подаются в литьевую головку из баков шестеренчатым насосом. Жидкие компоненты впрыскиваются в форму с помощью самоочищающегося червячного устройства, при этом вращающийся червяк предварительно перемешивает компоненты.

Посадка сопрягаемых деталей пресс-форм “по конусу” при вулканизации резинотехнических изделий, независимо от их конструкции, связана с рядом существенных недостатков. Такую посадку можно использовать лишь в том случае, если конструкция самого изделия содержит конусную поверхность.

Однако в пресс-формах для таких ответственных изделий, как резинометаллические уплотнители вращающихся валов, до сих пор используется посадка на конус. Основным недостатком таких пресс-форм является вытеснение резиновой заготовки по поверхности конуса, которое происходит до полного смыкания плит пресс-формы. Опаснее всего такое вытеснение в области уплотнительной кромки (уса) уплотнителя, что приводит к увеличению толщины облоя, выкрашиванию резины и к необходимости дополнительного шлифования уплотнительной кромки (уса); при этом может измениться ее размер, несоблюдение заданной величины которого может вызвать потерю работоспособности уплотнителя.

Всех этих недостатков лишена разработанная конструкция безоблойной компрессионной пресс-формы закрытого типа с посадкой сопрягаемых деталей “по цилиндру” (рис. 1.6).

Внешнюю среднюю плиту 4 устанавливают на нижней плите 1 так, чтобы диаметр D₁, был равен диаметру середины арматуры 5.

Конструкция пресс-формы для армированной манжеты

1 - нижняя плита, 2-внутренняя средняя плита; 3 - верхняя плита; 4 - наружная средняя плита; 5 - арматура; 6 - шпонка; 7 - плунжер; D₁-D₅. - диаметры элементов пресс-формы со скользящей посадкой Н₉/ h₉

Рис. 1.6

Это необходимо для предотвращения отслоения резины от арматуры при разъеме плит пресс-формы. Внутренняя средняя плита 2 установлена по диаметру D₄, по скользящей посадке, а посадка по усовой кромке уплотнения, которая не является собственно уплотнительной, выполнена по конусу. Конус применен лишь по соображениям жесткости и прочности выступа на нижней плите 1, а не как установочный посадочный элемент. Нагрузку в такой конструкции несет часть нижней плиты (диаметра D₄). После установки нижней и средних плит, а также арматуры закладывают заготовку в виде ленты или шнура, при этом следует точно подбирать вес заготовки. Верхняя плита 3 сначала фиксируется по меньшему диаметру D₃, имеющему меньший допуск. Вместе с разницей 2 мм по высоте внутреннего выступа и плунжера это защищает прямые кромки плунжера от повреждения. Под давлением пресса плунжер выдавливает резину в заранее сформированное рабочее гнездо пресс-формы, в разъемы выходит только воздух и небольшая бахрома резины, которая легко обрывается.

Такая конструкция пресс-формы позволяет также использовать более простую технологию ее изготовления. Обычно выступы, на которых установлена арматура, образуют путем фрезерования пространства между ними по диаметру в вертикальной и горизонтальной плоскости, затем полируют, что очень трудоемко и дорого. В представленной конструкции пресс-формы пазы фрезеруют “под ласточкин хвост” с углом 60°; в пазы запрессованы шпонки, обеспечивающие зазор между арматурой и нижней плитой в обеих плоскостях. Для ограничения подъема арматуры вверх при прессовании нет необходимости запрессовывать шпильки, так как в этой конструкции пресс-формы давление на резину плунжером прижимает арматуру в осевом направлении.

Предлагаемая конструкция пресс-формы впервые применена на ЗАО Маяк - РТИ взамен традиционной, использование которой приводило к большому количеству брака /17/. При использовании представляемой пресс-формы размеры манжет соответствуют чертежу, ус получен без облоя и не требует дополнительной обработки, технология изготовления манжеты значительно упрощена; облой имеется на нерабочих углах манжеты по месту прилегания плунжера, что не влияет на долговечность манжеты, так как соответствующие размеры не определяют работоспособность манжеты. Такой облой легко доступен для обработки обычным шлифовальным кругом, тем более что в этих углах по чертежу манжеты заложены монтажная фаска и технологический радиус.

Таким образом, на примере пресс-формы для армированных манжет показаны преимущества посадок на цилиндр, способ изготовления безоблойных изделий на компрессионных пресс-формах закрытого типа, а также приемы облегчения технологии изготовления пресс-форм и изделий и специфика учета усадки в армированных РТИ.

Разъем формообразующих полостей в пресс-формах для резиновых колец круглого сечения располагают под углом 45° или 180°. Полагают, что при применении разъема 45° пресс-формы легче разбирать, и след от облоя на кольце не попадает на место контакта в радиальных соединениях с возвратно-поступательным движением, т.е. подразумевается, что работоспособность таких пресс-форм должна быть выше /18/.

Технология изготовления пресс-формы с разъемом 45° очень сложна, так как требует индивидуальной притирки (путем проверки «на краску») конической и одновременно двух торцевых поверхностей, для чего необходима высокая квалификация токаря и все равно не исключен при изготовлении в пределах допусков брак в виде смещения половинок формообразующей полости при зазоре вверху или внизу, большого облоя при посадке по торцам и зазоре по конусу или быстрого износа конусной поверхности при зазорах по торцам, когда вся нагрузка при прессовании приходится на конус.

Технология изготовления формообразующих полостей в пресс-форме с разъемом 45° возможна только при помощи специальных приспособлений для подачи резца 45°. Трудоемкость операции снижает ее точность. В пресс формах с разъемом 180° этих сложностей нет, подача резца штатная, подгонки плоскостей не требуется.

Контроль размеров формообразующей полости в пресс-формах с разъемом 45° при помощи штангенциркуля возможен в одной точке по горизонтали, а все остальные размеры (глубина гнезда, диаметр второй точки сопряжения, их вертикальные координаты) можно контролировать только при помощи специального приспособления с индикатором или под микроскопом. В пресс-форме с разъемом 180° все размеры доступны измерению штангенциркулем.

Технология закладки резиновой заготовки в пресс-форму с разъемом 45° возможна только при использовании шприцованного шнура, который закладывают в посадочное место в нижней плите (рис. 1.7 а).

Однако при поджатии верхней плитой внешний размер рабочего гнезда меньше наружного диаметра заготовки, поэтому часть шнура вытесняется в плоскость разъема плит. В результате: недопресс в верхней части кольца, смещение плоскостей разъема верхней и нижней плиты в виде ступеньки, большой облой в нижней части кольца (рис. 1.7 б) и, как следствие, втягивание и выкрашивание резины в этом месте при охлаждении под действием термодеформационных напряжений.

Стадии формования заготовки в пресс-форме с разъемом 45

а - вытеснение заготовки; б - недопресс и ступенька

Рис. 1.7

Недопрессовку компенсируют увеличением диаметра сечения шнура-заготовки, но это приводит к еще большему увеличению облоя и смещению в плоскости разъема плит.

Этих недостатков технологии изготовления полностью лишены пресс-формы с разъемом 180°, так как формообразующая полость верхней плиты накрывает заготовку, усилия направлены перпендикулярно касательной к центру кольца и только после окончания формования под высоким давлением излишки резины заполняют облойную канавку. В такой пресс-форме заготовка может быть вырублена штанцевым ножом из вальцованной пластины в виде кольца прямоугольного сечения; это также упрощает подбор массы-заготовки по сравнению со шнуром, что существенно для пресс-форм закрытого типа, в которых масса заготовки превышает массу готового изделия на 2 %.

Раскрытие пресс-форм с разъемом 180° может быть затруднено только, если они неправильно сконструированы.

Представление о том, что работоспособность колец круглого сечения с разъемом 180° в радиальных соединениях с возвратно-поступательным движением ниже, чем у колец с разъемом 45° оказалось ошибочным. ВНИИРП при испытаниях с большой выборкой было показано, что положение облоя, а также его размер в пределах 0-0,5 мм не влияют на работоспособность этих колец. Одним из аргументов в подтверждение этого вывода может быть предположение, что место контакта в таких соединениях может смещаться из-за выворачивания кольца в результате действия противоположно направленных в сечении кольца сил трения. При дефекации колец видно, что следы истирания расположены в секторе 0°- 45°, т.е. при разъеме 180° линия разъема попадает в плоскость контакта со штоком в начале его хода , а при разъеме 45° - в конце, т.е. вероятность этого одинакова, поэтому и работоспособность одинакова /18/.

Таким образом, по работоспособности колец и раскрытию пресс-форм (при правильно сконструированных направляющих колонках) пресс-формы с этими разъемами одинаковы. Однако отмеченные выше недостатки настолько усложняют технологию изготовления пресс-формы и резиновой детали, повышают брак и увеличивают ее стоимость, что изготовление пресс-форм с разъемом 45° нецелесообразно. Для колец круглого сечения пресс-формы рекомендуется изготавливать только с разъемом 180°.

Для придания окончательного вида изделию необходимо его обработать.

В процессе формования изделий образуется облой (вьпрессовки), количество которого зависит от избытка резиновой смеси, удельного давления, вязкости резиновой смеси и конструкции форм. Конструкция большинства форм не позволяет получать безоблойные изделия, поэтому для уменьшения количества облоя массу заготовки подбирают таким образом, чтобы она превышала массу изделия на 5 %. После формования облой удаляют механическим путем. Кроме этого, при производстве резинометаллических изделий производится зачистка резиновых наплывов с арматуры /19/.

Облой с изделий удаляют обрезкой и шлифовкой при обычной температуре и групповым методом при низких температурах. В первом случае используют универсальные приспособления с применением ручного труда (тримминг-машины, токарный и сверлильный станки, шлифовальные шайбы); полуавтоматы и автоматы, а также автоматические линии (при массовом производстве). При втором способе применяют галтовочные барабаны, дробеметные установки, щеточные, вибрационные и инерционные машины.

Многоассортиментность, разнообразие по конфигурации и специфические свойства резиновых изделий обусловливают большую трудоемкость их обработки (она составляет около 40 % от общей трудоемкости изготовления изделий).

Для повышения эффективности механизации отделочных операций требуется создание специализированных технологических потоков и укрупнение партий обрабатываемых деталей. При такой системе сокращается число переналадок и становится экономически оправданным применение для отделки станков, полуавтоматов, автоматов и поточных линий.

Процесс удаления облоя с применением низких температур основан на способности резины становиться хрупкой под воздействием низких температур и значительной разности в толщинах детали и облоя. Замороженный облой, имеющий меньшую механическую прочность по сравнению с прочностью изделий, обкалывается при соударении деталей и ударах по деталям и облою дроби, ворса щеток, керамических шаров, стержней, призм и т. д.

Простейшими универсальными машинами для групповой обработки деталей с применением низких температур являются галтовочные барабаны, работающие на сухом льду или жидком азоте. В настоящее время они являются наиболее распространенным видом оборудования благодаря простоте конструкции и относительной легкости обслуживания. Их недостатками являются большой расход хладагента и недостаточная производительность вследствие низкой интенсивности процесса. Новые методы удаления облоя с использованием низких температур различаются способом замораживания деталей, видом хладагента и способом механического воздействия на облой /19/.

В качестве хладагентов используют сухой лед, жидкий азот, фреон и охлажденный воздух. Сухой лед вследствие высокой стоимости, дефицитности (особенно в летнее время) и неудобства хранения применяется ограниченно - в основном в галтовочных барабанах.

Ряд машин (галтовочные барабаны, дробеметные установки, щеточные машины) работают на жидком азоте. В комплект этих машин, как правило, входит емкость для хранения азота, из которой он подается в рабочую камеру для обработки деталей. Следует отметить, что использование жидкого азота более экономично по сравнению с использованием сухого льда: сокращаются расход хладагента на 50% и продолжительность обработки на 70%; кроме тою, стоимость жидкого азота на 35% ниже стоимости сухого льда. К достоинствам установок с использованием фреона можно отнести минимальные затраты на хладагент, к недостаткам- невысокую производительность /19/.

Удаление облоя в галтовочных барабанах происходит в результате ударов деталей о стенки барабана и друг о друга. Энергия удара зависит от массы деталей, толщины слоя обрабатываемых деталей и скорости их перемещения. С увеличением толщины слоя возрастает давление в его нижних слоях (и соответственно возрастает энергия перемещающихся в них деталей), а с увеличением скорости перемещения деталей возрастает число соударений в единицу времени, т. е. повышается интенсивность процесса.

С целью повышения производительности внутреннюю поверхность рабочей камеры выполняют в виде шести- и восьмигранной призмы или цилиндра с призматическими вставками. Высота вставок равномерно уменьшается от одного торца к другому, что должно способствовать перемещению обрабатываемых деталей в направлении, параллельном оси вращения барабана. Этот же эффект достигается в барабанах типа «пьяная бочка», в которых образующие боковой поверхности рабочей камеры не параллельны оси вращения.

На ряде заводов РТИ работают галтовочные барабаны фирмы «Сольвеер» (Италия), работающие на хладагенте фреон - 22. Теплообмен между деталями и хладагентом осуществляется передачей тепла через стенку, что является причиной низкой производительности /19/.

Машины выполнены в двух вариантах: с рабочей температурой до - 90 °С (двухступенчатая с двумя компрессорами) и до - 130°С (трехступенчатая с тремя компрессорами). Благодаря этому достигается температура, необходимая для удаления заусенцев практически для резин любых видов. Толщина удаляемых заусенцев - от 0,2 до 0,8 мм. Частота вращения барабана регулируется бесступенчато от 18 до 45 об/мин. Выпускаются машины пяти типоразмеров с барабанами емкостью 400 и 600 л. Производительность машин - от 25 до 200 кг/ч. Продолжительность обработки 20-60 мин (рис. 1.8).

Схема установки для обработки изделий фирмы «Сольвеер» (Италия)

1 - барабан; 2 - станина; 3 - скиповый подъемник; 4 - привод; 5 - вибросито;6-8 - лотки для шлифа, облоя и изделий соответственно; 9 - крышка барабана; 10 - лоток

Рис. 1.8

Разработаны галтовочные барабаны, в которых после подачи азота и замораживания изделия герметичная крышка заменяется на сетчатую, и облой удаляется через нее в процессе галтовки и поступает в транспортер.

В галтовочных барабанах новой конструкции экономичность использования хладагента достигается при его дозировочной подаче, а также утилизацией сбрасываемых хладагентов за счет использования их для предварительного замораживания изделий. Экономична компоновка галтовочных барабанов с турбохолодильной машиной.

Немецкая фирма разработала способ удаления облоя с резиновых деталей типа дверных уплотнителей в автомобилях, отличающийся от известных возможностью качественной и быстрой обработки узких длинных деталей. Суть способа: в бункер обтекаемой формы с двойными стенками, между которыми циркулирует жидкий азот, загружаются стальные шарики, которые совершают хаотичное перемещение под действием налагаемых на бункер механических колебаний определенной частоты и амплитуды. В шарики погружается обрабатываемая деталь, ее облой охрупчивается под действием низкой температуры и легко обламывается шариками /20/.

В галтовочных барабанах могут полностью обрабатываться изделия ограниченного ассортимента. Это связано с трудностью удаления облоя с внутренних поверхностей изделий, что приводит к необходимости дополнительной обработки изделий, а также к возникновению брака (разбитые при галтовке изделия).Для таких изделий целесообразнее использовать щеточные машины, где облой удаляется с помощью вращающихся щеток из морозостойкого эластичного материала (найлона, фторопласта, тефлона).

По конструктивному оформлению щеточные машины можно разделить на три группы: с вращающейся рабочей камерой; со стационарной рабочей камерой; с подвижной рабочей камерой, помещенной в стационарном теплоизолированном корпусе.

На щеточных машинах с вращающейся рабочей камерой можно обрабатывать детали, различающиеся по массе в широких пределах, но при этом усложняется автоматизация загрузки и выгрузки деталей.

В щеточных машинах со стационарной рабочей камерой не обрабатываются тяжелые детали, однако при использовании этих машин возможна полная автоматизация загрузки и выгрузки изделий, что является преимуществом машин; так как продолжительность обработки деталей в щеточных машинах составляет всего несколько минут, потеря времени на загрузку и выгрузку становится ощутимой.

В зависимости от регулирования частоты вращения обеих щеток изделия, захватываемые ими, вращаются в том или ином направлении. Возможность регулирования частот вращения щеток и барабана позволяет вести процесс обработки в зависимости от типа изделий в оптимальных условиях.

На заводах РТИ применяются щеточные машины фирмы «Сольвеер» (Италия) и установки типа НВУК-3 и НВУК-4 /19/. Принципиальная схема установки фирмы «Сольвеер» аналогична схеме галтовочного барабана, выпускаемого этой фирмой. Отличием щеточной машины является дополнительный контур, работающий на фреоне - 14 для обработки деталей из морозостойких резин. При обработке фреоном - 14 температура в рубашке барабана может быть понижена до - 130°С. Внутри барабана помещены две щетки из нейлона. Частота вращения щеток регулируется от 0 до 300 об/мин. Продолжительность обработки 5-20 мин,. Следует отметить, что при обработке щетками одновременно происходит обработка изделий галтовкой. Хладагент подается в рубашку барабана или непосредственно в камеру. В установке НВУК-3 (рис 1.9) барабан вращается от электропривода, позволяющего регулировать частоту вращения в пределах от 8 до 50 об/мин. Частота вращения щеток регулируется в пределах от 10 до 700 об/мин. В качестве хладагента используется жидкий азот, который подается через вращающуюся цапфу внутрь барабана /19/.

Установка оснащена устройствами для механизации вспомогательных операций: загрузки, выгрузки и отделения облоя от обработанных деталей.

В отличие от установки «Сольвеер», где охлаждение деталей происходит за счет циркуляции фреона по каналам в корпусе барабана, в установке НВУК-3 изделия охлаждаются непосредственно в барабане жидким азотом. Это резко сокращает продолжительность охлаждения деталей и повышает производительность установок в 2,5 раза. При этом, однако, предъявляются более жесткие требования по морозостойкости к материалу эластичных щеток. Для изготовления щеток в отечественных установках используется модифицированный полиэтилен высокой плотности.

Удаление облоя при обработке инерционным способом происходит в результате охлаждения изделий до хрупкого состояния и соударения друг с другом и со стенками камеры при вращении последней. Преимущества указанного способа: высокая производительность процесса обработки, которая достигается за счет применения переменной скорости вращения; хорошее качество обработки изделий; простота конструкции установки /19/.

Схема установки типа НВУК-4

1 - крышка загрузочного люка; 2 - камера; 3 - щетка; 4 - люк для выгрузки; 5 - привод щеток; 6 - станина; 7 - вибросито; 5 - загрузчик

Рис. 1.9

Схема установки с вертикальным расположением осей вращения барабанов и фрикционным планетарным приводом последних (рис. 1.10). Под действием центробежных сил детали перемещаются внутри барабанов, стремясь занять крайнее от центра вращения положение. При этом они интенсивно перемешиваются. На установке обрабатываются детали типа втулок и колец массой до 80 г. Производительность установки при обработке втулок достигает 500 кг/ч.

Схема установки для обработки деталей инерционного типа

1 - барабан; 2 - водило; 3 - вал; 4 - крышка барабана; 5 - фрикционный привод; 6 -система подвода азота

Рис. 1.10

Основными преимуществами дробеструйной обработки являются возможность механизации процесса, высокая производительность, возможность обрабатывать изделия сложной конфигурации.

Принцип удаления заусенцев дробеструйной обработкой заключается в подаче металлической или пластмассовой дроби с помощью центрифуги на охлажденные резиновые изделия. Однако этот способ не нашел широкого применения из-за высокой стоимости и сложности конструкции установки.

Принцип удаления заусенцев дробеструйной обработкой заключается в подаче металлической или пластмассовой дроби с помощью центрифуги на охлажденные резиновые изделия. Однако этот способ не нашел широкого применения из-за высокой стоимости и сложности конструкции установки.

На рис. 1.11 приведена схема работы установки американской фирмы для обработки облоя дробью.

Детали помещают на транспортер 5 внутри камеры и через сопла распыляют при низком давлении жидкий диоксид углерода для замораживания тонких выпрессовок. При соударениях частично замороженных деталей друг с другом и с дробью выпрессовки удаляются с изделий. Дробь самотеком поступает к вращающемуся распределительному колесу 4, которое разгоняет и направляет ее через окно на лопатки центробежного рабочего колеса, которое сообщает стальной дроби необходимую кинетическую энергию, а окно дает возможность отрегулировать направление и ширину потока.

После обработки дробь отделяется от облоя, продувается воздухом и снова поступает в работу. Этим способом можно удалять выпрессовки с изделий из морозостойких резин. Цикл обработки составляет 3 - 7 мин. После окончания цикла диоксид углерода регенерируется. В зависимости от размера заготовок в камеру загружают от 2500 до 10000 деталей.

Схема установки для обработки изделий дробью

1 - шнековый питатель; 2 - сепаратор; 3 - бункеры; 4 - колесо дробемета; 5 - пластинчатый транспортер; 6 - станина; 7 - конвейер.

Рис. 1.11

Этой же фирмой выпускается более совершенная и экономичная установка с применением в качестве хладагента жидкого азота.

На ней можно обрабатывать изделия из резиновой смеси при температурах до - 180 °С. При этом расход хладагента уменьшается на 30-50%, а общая стоимость обработки снижается на 20-35%; время, необходимое для обработки деталей, сокращается вдвое.

Механический способ удаления облоя с резиновых технических изделий при обычных температурах применяется в тех случаях, когда к изделию предъявляются повышенные требования: сохранение глянцевитости, высокая чистота поверхности и точность размеров. Облой удаляют режущими и шлифовальными инструментами: ножами, различными вырубными штампами, вращающимися щетками, шайбами. Наряду с обычными токарными, фрезерными, сверлильными и шлифовальными станками используют универсальные станки для обрезки заусенцев (тримминг-машины), на которых обработка производится с помощью двух круглых ножей, вращающихся навстречу друг другу вокруг осей, расположенных под прямым углом.

Широкое распространение за рубежом получил метод группового штанцевания формовых РТИ. Он заключается в том, что при проектировании формы заранее планируют получение в плоскости разъема облоя толщиной 0,3-1,0 мм. Изделия, получаемые в многогнездных формах, соединены облоем в виде «коврика»; в таком виде они и снимаются с пресса. Затем этот «коврик» закладывается в групповой штанец, где каждое изделие попадает в отдельное гнездо. Вырубка изделий с одновременным удалением облоя производится на механических или пневматических прессах. Под рабочую плиту пресса устанавливают упругие амортизаторы (обычно прокладки из эбонита), которые позволяют устранить перегрузку деталей пресса при работе.