Усовершенствование технологии получения изделий из полиамида методом литья под давлением

В настоящее время ПА610 не производится в России и странах СНГ. Материал ПА610-Л-Г5 ТУ 6-06-134-90 приобретался в компании ООО «Плафтален» г.Москва с 2000-2006г. Периодически при переработке материала возникали проблемы, такие как:

материал всегда поставлялся с повышенным содержанием влаги, что приводило к увеличению времени сушки с 2-4 часов до 8-10 часов.

гранулы материала отличались по размеру и цвету в пределах одной партии, что свидетельствует о нестабильности процесса изготовления материала.

усадка материла не соответствовала требованиям нормативного документа, что приводило к необходимости оформления отступлений от чертежа на деталь.

уже при слесарной обработке (удаление литника) детали происходило расслоение материала, что приводило к увеличению технологического отхода и увеличению трудоемкости.

Поиском нового поставщика занимался отдел главного металлурга. В 2007г. Был найден новый поставщик материала ПА610-Л-Г5 ТУ 6-06-134-90, который гарантировал стабильность свойств и высокое качество материла. Был открыт паспорт опытных работ, согласно которому материал прошел все испытания положительно и было принято решение о запуске материала в серийное производство (копия паспорта прилагается).

При массовой закупке материала и запуска его в производство было установлено, что ушли от вех выше перечисленных недостатков, кроме расслоения материала не удалось, хотя этот дефект стал проявляться уже при токарной и шлифовальной операции.

Главным инженером было дано указание соответствующей службе заняться поиском нового материала.

В первую очередь, прежде чем начать поиск нового материала, необходимо изучить требования к детали и условия эксплуатации. Конструктор-разработчик изделия при выборе материала исходил из следующих требований:

1.1. данная деталь работает на трение в соприкосновении с деталью «шайба золотника» (материала цинковый сплав ЦАМ - 4-3). Следовательно, материал должен обладать низкой истираемостью и иметь низкий коэффициент трения в паре «пластик-металл»;

деталь работает в среде - природный газ. Следовательно, материал должен быть газонепроницаемым.

1.2. деталь должна хорошо обрабатываться (токарная обработка и прецизионная шлифовальная операция);

температура эксплуатации детали лежит в пределах - (минус 55°С) - (плюс 70° С);

Был произведен литературный обзор материалов, которые бы удовлетворяли выше указанным требованиям.

В результате были выбраны 5 наименований материалов, которые были предложены для изучения серийно-конструкторскому отделу и отделу главного металлурга:

1.1. PPS DIC FZ 3600 (полифенилсульфид стеклонаполненный 60%).

1.2. PPS DIC FZ 6600В2 (полифенилсульфид минерало-стеклонаполненный 60%).

1.3. Гроднамид ПА6-ЛТА ТУ РБ 500048054.007-2002.

1.4. Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 ТУ РБ 500048054.007-2002.

1.5. Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ30 ТУ РБ 500048054.007-2002.

Были открыты паспорта опытных работ (копии прилагаются). Для подтверждения пригодности данного материала было принято решение изготовить деталь, собрать счетчик и провести комплексные испытания согласно нормативного документа на газовый счетчик бытовой (по п.4.18 ТУ 4858-011-0750-8919-95 - воздействие на счетчик цикличного изменения температуры и испытания на надежность).

Цель всех испытаний - выявление воздействия внешних факторов на материал, как изменятся свойства материала (истирание, нестабильность размеров детали, трещины и т.д.) и не приведет ли это к высокой погрешности счетчика.

В результате было установлено, что в процессе испытаний на надежность:

1. произошло истирание материала PPS DIC FZ 3600 в виде черных хлопьев.

2. произошло истирание материала PPS DIC FZ 6600В2 в виде белого порошка.

3. произошло неравномерное истирание материала Гроднамид ПА6-ЛТА ТУ РБ 500048054.007-2002 и Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ30 ТУ РБ 500048054.007-2002 с образованием канавки.

4. материал Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 ТУ РБ 500048054.007-2002 выдержал испытания.

На основании полученных результатов испытаний было принято решение провести опытно-промышленную партию в количестве 1000шт. для налаживания тех.процесса литья и дальнейших дополнительных операций.

В результате было установлено, что:

1.1. материала имеет стабильные свойства (усадку и др.).

1.2. гранулы материала имеют одинаковую форму и размеры (отклонения по размерам в пределах допуска, указанного в нормативном документе).

1.3. содержание влаги не превышает значения, заявленного в ТУ на материал.

1.4. самое главное - удалось уйти от расслоения.

1.5. уменьшилось количество брака (до 0,1%).

1.6. материал имеет более низкую стоимость, что позволило снизить себестоимость счетчика.

1.2. Характеристика исходного сырья

Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 ТУ РБ 500048054.007-2002 - полимерный композиционный антифрикционный материал, предназначенный для изготовления литьем под давлением различных изделий и деталей конструкционного назначения, работающих в условиях повышенных механических нагрузок в узлах трения с ограниченным количеством смазки или при ее отсутствии.

Гроднамид ПА6-ЛТА представляет собой композиционный материал, состоящий из полиамида 6, содержащего модифицирующую антифрикционную добавку и другие компоненты, придающие материалу улучшенные эксплуатационные свойства и литьевые характеристики, наполненного отрезками стеклянных нитей.

Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 за счет ввода стекловолокна (5%) характеризуется размерной стабильностью, высокой прочностью и жесткостью, имеет более низкую усадку и более высокую плотность в сравнении с Гроднамидом ПА6-ЛТА.

По физико-механическим показателям ПА6-ЛТА-СВ5 должен соответствовать нормам, указанным в таблице 1.2.1

Таблица 1.2.1

Наименование показателя	ПА6-ЛТА-СВ5
1. внешний вид и цвет	Гранулы серебристо-черного цвета
2. массовая доля гранул размером (2-5)мм, %, не менее	97
массовая доля стеклонаполнителя %	5
3. ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза, кДж/м?, не менее	40
4. изгибающее напряжение при максимальной нагрузке, МПА, не менее	140
5. плотность, г/см?	1,23+0,03

Сырье, применяемое для получения ПА6-ЛТА-СВ5, должно соответствовать требованиям действующих технических нормативных правовых актов.

1.3. Описание технологического процесса

Исходное сырье со склада поступает в цех. Сырье из мешков с помощью пневмозагрузчика (1) подается в на сушку ( ), а далее в термопластавтомат (1).

Детали загружаются в термошкаф с температурой не выше (+50)°С, затем задается нужная температура и время отсчитывается с момента достижения температуры (+80) °С.

Данная операция необходима для снятия внутренних напряжений, которое образуется вследствие неравномерного охлаждения детали.

1.4. Основные параметры технологического процесса

1. Сушка материала. Температура (125+5)° С в течение 2-4часов.

2. Литьевая операция.

Температура по зонам нагрева:

1 зона - 22010°С;

2 зона - 220°С;

3 зона - 230°С;

Выдержка:

Под давлением - 5 сек.

Под охлаждением - 15 сек.

Пресс-форма - № 657.01.606. температура пресс-формы должна быть - 60-80°С.

3. Термостабилизация (термошкаф). Температуре (+80-90°С) в течение 1 часа.

1.5. Техническая характеристика основного технологического оборудования

В настоящее время существует много производителей литьевых машин, поэтому литьевые машины, поступающие в продажу, сильно отличаются друг от друга в отношении технических параметров, форм и качества работы. Необходимо выбрать такую машину, которая в точности удовлетворяла бы его требования к различным формами отливаемых деталей. При выборе машины, необходимо обратить внимание на такие параметры, как рабочие функции, материалы, вес, годовой выпуск продукции. При выборе необходимо учитывать следующие основные параметры.

1. вес литья - это максимальный вес без установки формы.

2. сила запирания. Когда происходит впрыск расплавленной пластмассы в форму, под действием подвижной рабочей поверхности, прижимающей форму, возникает конечная сила замыкания, определяемая как сила запирания. Это главный технический показатель машины. Если значение силы запирания не соответствует требованиям, то при работе будет возникать грохот. При выборе модели машины следует учитывать, что сила замыкания, необходимая для литьевой формы, должна быть меньше силы запирания машины.

3. давление и скорость впрыска. Давление впрыска - это максимальное давление в стволе во время впрыска. Скорость впрыска - это количество массы, поступающей из сопла за единицу времени. Следует постоянно регулировать поток расплавленного вещества в зависимости от характеристик материала и формы.

4. высота экструзионной головки и максимальный ход. Максимальная и минимальная высота экструзионной головки связана с толщиной формы, приемлемой для машины.

Ход ограничен таким образом, что ход тумблера для изъятия детали должен быть меньше максимального хода машины.

Соответствующие габариты при установки формы: габариты формы должны соответствовать габаритам поверхности формы и входить в пространство между соединительными стержнями без затруднения.

5. винт и цилиндр. Данный элемент воздействует на всю работу машины. Чтобы добиться высокого качества при растопке детали в стволе, необходимо хорошее перемешивание и единообразие. Более того, структура материла винта и ствола имеет большое значение для результатов литья.

6. микропроцессор. Производительность микропроцессора и рабочая скорость - это определяющий фактор качества изделия. Особенно важно достичь высокой скорости на стадии готовности продукции. Чем лучшей регулировке и настройке поддается микропроцессор, тем больше циклов производства можно провести. Следует выбрать соответствующий регулятор в соответствии с точностью, необходимой для изготовления продукции, так как хороший контроль определяет гарантированное качество и более низкие затраты машины.

Гидравлическая система. В настоящее время все машины, за исключение полностью электрических, используют соответствующие клапаны для регулировки давления, расхода и направления, чтобы впрыск хорошо воспроизводился, был постоянным, с низким уровнем шума, с хорошей изоляцией.

Напряжение - 380В, частота 50Гц.

Мощность мотора меньше 15 КВт, 13-15 КВт, меньше 37 КВт. Оптимальная скорость охлаждающей жидкости устанавливается в процессе работы. Мощность насоса - 15 КВт,

скорость тока охлаждающей жидкости - 26 л/мин.

Мощность нагревателя - 15 КВт, скорость тока охлаждающей жидкости - 26 л/мин и более.

Давление в системе подачи охлаждающей воды - 0,2-0,6МПа.

Расход охлаждающей жидкости 1.5.

1.6. Технологические расчеты

1.6.1. Материальные расчеты

Технологический процесс состоит из ряда стадий, потери материала в % составляют:

потери при сушке - 2,26%

потери при литье - 2,75%

Коэффициент потерь 1,0501

Масса одной детали с литником 26,5 гр. = 0,0265 кг.

Норма расхода 0,02783 кг. на одну деталь.

Производительность - 10000 штук в месяц.

Расчет материала на 10000 штук деталей.

Масса детали с литником: 0,0265·10000=265 кг.

Норма расхода на 10000 штук составит: 0,02783·10000=278,3кг.

Потери на 10000 штук составят:

- при сушке: 265·2,26:100=5,986?6 кг.

- при литье: 265·2,75:100=7,287?7,3 кг.

Итого потери составят ? 13,3 кг.

Удельный расход Гроднамида на тону годного литья:

1000·278,3:265=1050 кг

1.6.2 Расчет оборудования

Масса одного изделия 24 гр.

Количество гнезд 2

Время цикла 40 сек.

За один цикл (40 сек.) изготавливается изделий 2 шт.

За 1 час изготавливается: 3600•2:40=180 шт/час

За 8 часовой рабочий день изготавливается: 180•8=1440 шт. в день

Масса всех изделий, изготовленных за день: 1440•27,83?40075 гр.?40,1 кг

Производительность литьевой машины (Q кг/ч)

Производительность считаем по формуле:

Q= 3600•m•n:t

Где m - масса изделия, г.

n - количество гнезд

t - время цикла

Q= 3600•26,5•2:40=4770гр?48 кг/ч

Число циклов машины за 1 час: N=3600:t; N= 3600:40=90

Расчет количества оборудования для производительности 10000 штук изделий в месяц

Среднее число рабочих дней в месяце - 20

20•8=160 часов

Производительность машины - 180 шт/час. (1.6.2)

0,9 - коэффициент машинного полезного времени

160•0,9=144 часа

144•4,8=691 кг. - производительность машины в месяц

278,3:691?0,4

Коэффициент загрузки ? 0,4

Одной машины достаточно для выполнения производственной программы с учетом резерва.

1.6.3 Энергетические расчеты

Электроэнергия :

Данные о потреблении оборудованием энергии представлены в таблице

Оборудование	Количество	Мощность, кВт
Пневмозагрузчик SAL-700 G	1	5,3
Сушильный бункер SHD-50	1	4,0
Термостат STM-95	1	4,37
Мощность термопластавтомата HTF-58X	1	11,0
Мощность нагревателя	1	5,1

Мощность, потребляемая всем оборудованием, составляет:

Nобщ=5,3+4+4,37+11+5,1=29,77 кВт/час.

Тепловой расчет: Энергия, необходимая для перехода полимера в жидкое состояние, расходуется на нагревание и плавление полимера. Так как удельная теплоемкость полимера зависит от температуры, то количество теплоты, необходимой для нагревания полимера на ДТ, равно:

Q = m·Ср·(Тр-Тн) - Qпот,

Где m - масса отливки, кг;

Ср - теплоемкость термопласта, кДж/кг*град;

Тр - температура поступающего в форму расплава, ?С;

Тн - температура поступающего в цилиндр термопласта, ?С;

Qпот - потери тепла;

Qпот = 0,03·m·Ср·(Тр- Тн)

Q = 0,024·16·(180-20)-0,03·0,1·25·(180-20) = 256-7,7 = 248,32 кДж

Для отвода тепла, выделяющегося при охлаждении отформованного изделия, литьевые формы снабжают системой жидкостного охлаждения. В простейшем случае в теле формы сверлят каналы, по которым циркулирует охлаждающая вода. В тех случаях когда надо обеспечить интенсивное охлаждение какого-либо участка формы применяют каналы и плоскости с отражателями и перегородками, позволяющими подвести воду с самой низкой температурой к тому месту формы, где требуется наиболее интенсивный теплоотвод.

Мощность системы охлаждения - это количество тепла, отводимое в единицу времени. Мощность системы охлаждения должна обеспечивать надежный отвод всего тепла, выделяющегося в процессе охлаждения изделий. Интенсивность теплосъема определяется изменением теплосодержания охлаждающей воды:

Q = Gв ·(Тс - Тi),

Где Gв - массовый расход воды в секунду;

Тс - температура воды на выходе из формы;

Тi - температура воды на входе в форму.

Q = 5,5·(60-15) = 248,15 кДж

Безопасность и экологичность проекта.

Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 не является токсичным продуктом и при нормальных условиях не оказывает вредного влияния на организм человека.

По ГОСТ 12.1.007 ПА6-ЛТА-СВ5 относится к 4 классу опасности.

В процессе переработки ПА6-ЛТА-СВ5 при температуре выше 270°С возможно выделение паров капролактама.

При температуре выше 300°С ПА6-ЛТА-СВ5 разлагается с выделением аммиака, оксида углерода и оксида азота.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны и класс опасности не должны превышать гигиенических регламентов, установленных СанПиН 11-19 и указанных в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Наименование вещества	ПДК, мг/м?	Класс опасности	Действие на организма
Аммиак	20	4	Сильное раздражение верхних дыхательных путей, слизистых глаз и кожи
Оксид углерода	20	4	Вызывает удушенье, действие на центральную и периферическую систему
Капролактам	10	3	Пары, попадая в организм, вызывают изменение внутренних органов и расстройство нервной системы
Оксид азата	5	3	Обладает раздражающим и прижигающим действием на дыхательные пути и может привести к развитию токсического отека легких

Организация производственного процесса и оборудование при производстве, хранении и применении Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 должны отвечать требованиям СанПин11-09.

Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 относится по ГОСТ 12.1.044 к группе горючих материалов средней воспламеняемости.

При воздействии открытого пламени загорается без взрыва и горит коптящим пламенем с образованием расплава и выделением газообразных продуктов, указанных в таблице 3.1.

Ппожарная безопасность зданий и помещений для производства, хранения и применения Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 должна обеспечиваться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ППБ РБ 1.01. Здания и помещения для производства, хранения и применения Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 должны отвечать противопожарным требованиям действующих строительных норм, правил.

Работающий персонал должен проходить обязательный медицинский осмотр.

При производстве и переработке Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 работающий персонал должен быть обеспечен спецодеждой и средствами индивидуальной защиты в соответствии с установленными нормами ГОСТ 12.4.103.

Отходы Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 (литники, забракованные детали и т.д.) рекомендуется направлять для повторной переработки или реализовывать потребителю на отходы, утвержденным в установленном порядке.

Отходы Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 нельзя сбрасывать на рельеф, береговую и донную зону водоемов, так как они подвержены биоразложению. Отходы можно направлять для захоронения на промышленную свалку.

Сжигание в отвалах запрещено.

Сравнительная характеристика свойств

Полиамида ПА610-Л-Г5 и

Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5

Наименование показателя	Наименование материала
	ПА610-Л-Г5 ТУ 6-06-134-90	ПА6-ЛТА-СВ5 ТУ РБ 500048054.007-2002
Ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза, кДж/м?, не менее	28,4	40
Изгибающее напряжение при максимальной нагрузке, МПА, не менее	не нормируется	140
Плотность, г/см3	1,14	1,23+0,03
Температура размягчения по Вика, °С	180-200	195-205
Относительное удлинение при разрыве, %	не нормируется	6-9
Коэффициент трения	0,18	0,2-0,3
Усадка, %	1,2-1,5	0,8-1,2