Проектирование литьевой формы для изделия из ПЭНД

Конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов. Разработка технологической схемы производства. Расчет мощности нагрева и основных силовых параметров. Определение числа гнезд, усадки изделия и объема впрыска.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 29.06.2012
Размер файла 2,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

Тема: Проектирование литьевой формы для изделия из ПЭНД

Содержание

Введение

Задание

Разработка технологической схемы производства

Проливаемость изделия с горячеканальной системой впрыска

Выбор основного оборудования

Расчет формы

Расчет охлаждающей системы

Расчет мощности нагрева и основных силовых параметров

Прочностной расчет

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Многообразие изделий из пластмасс чрезвычайно велико, только в нашей стране их ассортимент включает в себя более миллиона наименований; их потребители - практически все отрасли народного хозяйства и каждый человек в отдельности. В последние десятилетия переработка пластмасс в изделия интенсивно развивается не только в химической промышленности, но и в других отраслях.

Формы для литья под давлением изделий из полимерных материалов относятся к самым распространенным сейчас и к весьма перспективным в будущем. В этих формах, устанавливаемых на универсальных или специализированных литьевых машинах-автоматах, получают изделия практически из всех термопластов. В формах для литья под давлением получают разнообразные изделия - от простейших до особо сложных и высокоточных. Обеспечение заданных требований, предъявляемых к изделию (в отношении структуры материала, величины и характера распределения внутренних напряжений, прочностных и деформационных свойств, точности размеров и геометрической формы), зачастую оказывается трудной проблемой, компромиссное рациональное решение которой зависит от глубокого знания особенностей литья под давлением конкретного материала, полного учета свойств материала в исходном состоянии и при переработке, максимального согласования технических возможностей литьевых машин-автоматов и конкретных форм для литья под давлением.

Задание

Сконструировать форму для изделия показанном ниже:

рис.1

рис.2

Разработка технологической схемы производства

Перерабатываемый материал является полиэтилен низкого давления. Структура частично кристаллическая. Плотность 0.95-0.959 гр./см?. Материал податлив или мягкий, в зависимости от плотности холодостойкий до -40?С, неломкий, обладает ударной вязкостью. Хорошие диэлектрические свойства, незначительное водопоглащение, не опасен для здоровья, пропускает запахи.

Химические свойства:

Стойкий против кислот, щелочей, растворителей, спирта, бензина, фруктовых соков, масла, молока.

Нестойкий против ароматических углеводородов, хлоро-углеводородов, имеется вероятность растрескивания.

Идентификация материала:

ПЕ легко воспламеняется и продолжает гореть с образованием капель после того, как удален источник зажигания; пламя ярко светящееся, сердцевина пламени голубая, с запахом парафина (запах потушенной свечи).

Производство полиэтилена основано на полимеризации газа этилена при высоком давлении. Полиэтилен, полученный при высоком давлении, называют полиэтиленом низкой плотности. Он обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Он выпускается как в виде базовых марок (без добавок), так и в виде смесей (композиций) с термо и светостабилизаторами и красителями. Кроме того, изготавливаются композиции с наполнителями: мелом, тальком, слюдой, асбестом, стекловолокном и другими материалами.

В связи с большим разнообразием марок и композиций полиэтилена введена классификация обозначений, облегчающая их использование. Обозначение базовых марок начинается с названия материала полиэтилен, далее следует восемь цифр. Первая цифра обозначает: 2-полиэтилен высокой плотности (низкого давления). Две следующие цифры указывают на порядковый номер марки. Четвертая цифра обозначает степень гомогенизации (усреднения): 0-усреднение холодным смешением; 1 - один раз, гомогенизированный в расплаве; 2 - два раза гомогенизированный в расплаве. Пятая определяет одну из групп плотности (в г/см?). Для данного полиэтилена: 6-0,95-0,959. Следующие три цифры (после дефиса) указывают десятикратно увеличенное значение показателя текучести расплава, которые характеризуют вязко текучие свойства материала. После обозначения марки записывают сорт и номер ГОСТа.

В нашем случае мы используем ПЭНД (ГОСТ 16338-70) марки 20306-005.

Свойства ПЭНД:

Показатель текучести расплава г/10 мин 0.3-10

Теплостойкость ?С 127

Теплопроводность квт/(м град) (0.35-0.45)10??

Теплоемкость кдж/(кг·град) 2.5-3

Температуропроводность м?/сек 1,5·

Относительное удлинение при разрыве % 200-700

Температура хрупкости °С -60

Тангенс угла диэлектрических потерь при 5-7

Электрическая прочность 40

Технологическая схема:

Мягкий контейнер > растарочная установка контейнеров > пневмотранспорт > емкость для хранения сырья > литьевая машина > транспортер > автомат мех. обработки > счетное устройство > автомат упаковки > автомат склада продукции > электропогрузчик > дробилка > гранулятор для переработки отходов > полувагон

Прием и хранение сырья. Предусматривается в эластичных контейнерах грузоподъемностью 0,5-1 т. Они поступают на заводской склад, оборудованный грузоподъемными устройствами.

Силосы и заводской склад рассчитывается на 10-15 суточный запас сырья.

Хранение сырья на цеховом складе обеспечивает необходимую первичную подготовку полимерного материала. Обычно цеховой склад располагается в одном с основным производственным помещении. Его объем -2-3-х дневной запас. В складе поддерживается требуемая температура и влажность, чем достигается термостатирование и первичная сушка сырья.

Подготовка сырья

Выполняется в зависимости от особенностей его переработки, состава материала для производства изделия и требований к изделию. Подготовительные операции включают смешение полимера с наполнителями или концентратами пигментов, смешения разных видов полимерных материалов.

Транспортирование подготовленного сырья

В отделение переработки осуществляется в специальной таре, конструкция которой учитывает его технологические особенности (необходимость термостатирования, сохранение герметичности и др.)

Для перемещения груза используются устройства с постоянной (конвейеры и др.) и изменяемой (электрокары, робокары) трассой транспортирования. Их производительность согласуется с мощностью цеха, участка.

Формование изделия

Осуществляется с помощью основного технологического оборудования. При получении штучных изделий полный рабочий цикл состоит из частичных операций, часть которых выполняется одновременно, т.е. совмещается во времени. Электрические и временные параметры, частных операций, как правило, существенно отличается. Соответственно отличается и конструкция узлов машины, осуществляющих эти операции. Описания процесса формования изделия является, по сути, описанием действия выбранного оборудования конкретизированным указанием параметров (длительность, температура) и состоянием полимерного материала.

Контроль, сборка и упаковка готовой продукции

Завершают производственный процесс.

Технический контроль изделий производится выборочно и с применением измерительных средств. На сборку поступают только технически годные детали.

Процессы сборки и упаковки в зависимости от технического оснащения производства и требований к изделиям могут осуществляться централизованно - на участке контроля и сборки, и де централизованно - непосредственно у переработочного оборудования. Соотношение обоих способов в среднем составляет около 3:2. Оно определяется режимом работы оборудования и занятостью оператора. Применения роботизированных комплексов, средств малой механизации, автоматизированной упаковки. В современных роботизированных производствах изделия из пластмасс контролируются и собираются непосредственно на рабочем месте оператора, укладываются в тару 10-20 кг и транспортируются робокарами в контейнеры. В этом случае исключается операция складирования, сокращаются площади складских помещений и количество обслуживающего персонала. Упаковка изделий в само усаживающуюся пленку производится с помощью автоматов.

Переработка отходов

Относится к важнейшим элементам процесса производства изделий из пластмасс. Она улучшает экологическую характеристику производства, позволяет вернуть для повторной переработки дефицитное полимерное сырье, способствует повышению технико-экономических показателей предприятия.

При изготовлении изделий образуются возвратные и невозвратные отходы.

Под невозможным - понимаются потери в виде газообразных выделений при расплавлении сырья, его пластикации и формования, потери при транспортировании, а также частично потери в виде деструктированного полимера, возникающие при отработке режимов в период переналадки оборудования.

Возвратные отходы - это некондиционная, забракованная техническим контролем продукция, технологические отходы механической обработки (литники, облой), изделия, разрушенные при механических испытаниях.

Возвратные отходы дробят, превращая в крошку или, как ее еще называют, дробленку которую добавляют (10-15%) к исходному, свежему сырью. Если технические условия допускают производство других изделий возвратные отходы от исходных изделий переводятся в разряд безвозвратных.

В целом количество отходов составляет от 0.8-1% при литье.

Рекомендуется централизованная переработка отходов на специальном участке, оснащенном набором соответствующего оборудования для дробления и грануляции.

Проливаемость изделия с горячеканальной системой впрыска

полимерный технологический мощность впрыск

Воспользуемся приложением MoldFlow программы SolidWorks.

Давление

рис.3.

Время заполнения

рис.4

Температура

рис.5

Время охлаждения

рис.6

Воздушные включения

рис.7

Выбор основного оборудования

Выбор машины и расчет производительности:

Выбор модели литьевой машины для производства заданного вида изделия осуществляется по 3 условиям: расчетный объем отливки, необходимое усилие смыкания формы, пластикационная производительность.

Предварительный выбор типа машины можно произвести по номинальному усилию запирания (или смыкания) Р, кН в зависимости от массы изделия, а затем определить конкретную марку (модель) термопластавтомата. Номинальное усилие запирания 600 кН

Расчет объема впрыска:

24?1,25/0,951=32 см?

g- масса отливки, г g=m0n; m0 - масса изделия, г g=12·2=24 г

n- число гнезд в литьевой форме

К - коэффициент, учитывающий утечку материала, К=1.25-1.3

с - плотность материала в изделии, г/см?

Сравниваем Vр и Vтабл, где Vтабл.=61 см?, следовательно подходит.

Усилие смыкания

Усилие смыкания Рсм определяют как

Рсмл*Sизд*А*К=2752*105*962*10-6*0,4*0,8=84656 Н

Pсм - усилие запирания формы, кН

Рл - давления литья, кПа

Sизд - площадь проекции изделия на плоскость разъема формы, м?

А - коэффициент, учитывающий снижение давление форме по сравнению с давлением в цилиндре А=0.3-0.5;

К - коэффициент, зависящий от типа перерабатываемого материала ПЭ-0.8

По Р и V выбирается необходимая модель машины и определяется коэффициент использования литьевой машины по мощности КN

=32/61=0,53

Vp - расчетное, см?

V - табличное, см?

Тип машины 60

Международный типоразмер 600-120

Усилие запирания 600 кН

Макс. Ход открытия формы 450 мм

Мин./макс. Встроен. Высота формы 250 мм

Макс. Расстояние между плитами 700 мм

Крепежная плита 600/600 мм

Расст. Между колоннами 420/420

Диаметр шнека 25 мм

Отношения длина/диаметр 20

Давление впрыска 2752 бар

Рабочий объем 61 см?

Макс. Вес литого изделия 54 г

Скорость впрыска 83 см?/с

Скорость пластификации 15 г/с

Макс. Глубина ввода сопла 40 мм

Усиление прижатия сопла 60 кН

Насосный агрегат (стандарт) 15 кВ

Мощность нагрева цилиндра 5,7 кВ

Установленная мощность 21 кВ

Сухой цикл 2,06/1,80-294 с-мм

Вместимость масляного бака 180 л

Вес машины (без масла) 3950 кг

Габаритные размеры 4,1/1,4/2 м

Расчет формы

Расчет времени цикла:

Тцсмвпр.охлразм=1,15Тохл=1,15*2,68=3,08 с

Тохл2·10-62•а йn(4/р•(Тмфкф))=1,52*10-6/3,142*1,5*10-7 йn (4/3,14(240-70/107-70))=2,68 с

д - среднее значение толщины отливки, мм

а- коэффициент температуропроводности материала, см2

Тм - температура расплава при входе в форму,?С

Тф - температура литьевой формы,?С

Тк- температура отливки в конце периода охлаждения в форме,?С

Тсм-время смыкания, с

Твпр - время впрыска, с

Тохл - время охлождения,с

Тразм - время размыкания, с

Расчет числа гнезд

Производится исходя из 3 параметров- объема впрыска, пластикационной производительности литьевой машины, усилия смыкания формы

Из полученных значений выбирается меньшее и принимается за максимально возможное.

1) nVB=Vвпр·с/G•К1=61*0,951/12*1,2=4,029 - 4 шт

Vвпр - объем впрыска машины, см3

К1 - коэффициент объема литниковой системы для горячего канала =1,2

с - плотность материала в изделии, г/см?

g - масса отливки, г

2) nQ3•Q·Тц/G= 1,15*20*3,08/12=5,9 - 6 шт

Q - пластикационная производительность машины, кг/ч

G - масса отливки, гр К3 - коэффициент учитывающий переработку материала для ПЭ=1,15 Тц - время цикла,с

3) nтфф/р•Sизд·К2=600000/2,75*108*962*10-6=2,268 - 2 шт.

Тф - номинальное усилие смыкания формы, кН

Р - давление формования , Па

К2 - коэффициент учета площади литника, для горячего канала = 1

Sизд - площадь проекции изделия на плоскость разъема формы, м?

Расчет производительности машины

G=3,6•Vвпрс/Тц=3,6*32*0,951/3,08=35,57 кг/ч

Vвпр - объем впрыска машины, см3

Тц - время цикла,с

с - плотность материала в изделии, г/см?

Расчет усадки изделия

SV=(V*-V)/V=0,01*15,78=0,158 см3

V*- объем гнезда в форме, см3

V - объем изделия при нормальных условиях, см3

Линейная усадка

S1=1- (V/V*)1/3=1-(15,78/16)1/3=0,01 - 1%

Расчет усилия выталкивания

Для определения усилия выталкивания определяют величину деформации изделия, т.е. уменьшение величины стенки за счет сжатия или усадки объема.

Е= 3*S/100=3*0,158/100=0.00474

S - усадка материала изделия

Растягивающие напряжения в отливки:

ур = Е· Е=0.09·109·0,00474=426600 Па

Е - модуль упругости термопласта, Па

Е - усилие выталкивания, Па

Удельное давление отливки на пуансон:

Руд=2·ур·д/d=2*426600*1,5/35=0,366 Мпа

ур - растягивающие напряжения в отливки, Па

д - среднее значение толщины отливки, мм

d - эффективный диаметр пуансона, мм

Расчет усилия выталкивания:

Рв=f•Руд.•fв=0,3*0,366*2527*10-6=277 Па/м

f- коэффициент трения пластмассы о сталь = 0,3

Руд - удельное давление отливки на пуансон, МПА

fв - площадь боковой поверхности отливки = 2рhr=2*3,14*23*17,5=2527•10-6 м2

Расчет геометрических знаков:

б=arctg(H/D)= arctg(21/5)=65?

Расчет охлаждающей системы

Принимаем всю форму за единую металлическую форму.

Расчет количества теплоты, поступившей с расплавом и отдаваемой отливкой:

Q0=gс(tн-tк)=0,024*3*103(240-80)=11520 Дж

g- масса отливки, г g=m0n; m0 - масса изделия, г g=12·2=24 г

с - удельная теплоемкость расплава, =3•103(Дж/кг?С)

tн - температура расплава,?С

tк - температура изделия в момент раскрытия формы,?С

Расчет количества теплоты отводимой хладагентом:

Qх=Qо+Qпот=3,5+11520=11524 Дж

Qпот - потери теплоты в окружающую среду, Дж

Qпот= Qк+Qт+Qи=0,7+2,8=3,5 Дж

Qк - потери тепла при конвекции, Дж

Qт - потери тепла уходящих через плиты, не учитываем т.к. есть изоляция от установочных плит машины, Дж

Qи - потери тепла при излучении =0,25•Qк=0,25*2,8=0,7 Дж

Qк=Fб•б(tпод-tвц=2527•10-6•8(70-25)3,08=2,8 Дж

Fб- площадь боковой поверхности формы, м2

б- коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции в воздухе =8 кг•с-3/?С

tпф - температура на поверхности формы, ?С

tв - температура окружающего воздуха, ?С

Тц - время цикла,с

Расход хладагента:

gх=Qхх•?tх=11524/4200•5=0,549 кг

Сх - удельная теплоемкость воды, = 4200 Дж/кг?С

?tх - температура хладагента на входе и выходе = 5?С

Расчет расхода хладагента на пуансон и матрицу отдельно:

Для пуансона:

F=2рrh=2*3,14*17,5*100=0,01*2=0,02 м2

gх= gх•F/Fобщ=0,549•0,02/0,116=0,095 кг

для матрицы: F=0,3*0,35=0,105 м2

Матрица Пуансон

F=0,3*0,35=0,105 м2 F=2рrh=2*3,14*17,5*100=0,01*2=0,02 м2

Расчет расхода хладагента:

gх= gх•F/Fобщ

F -площадь пуансона(матрицы), общая, м2

gх=0,549*0,105/0,116=0,496 кг gх= 0,549•0,02/0,116=0,095 кг

Расчет площади поперечного сечения охлаждающих каналов:

Fк= gхх•ТцW

gх - расход хладагента, кг

сх - плотность хладагента =1000 кг/м3

Тц - время цикла,с

W - скорость течения хладагента, =1 м/с

Fк=0,496/1000*3,08*1=0,000161 м2 Fк=0,095/1000*3,08*1=0,000031 м2

Диаметр канала:

Dк=(1,13 Fк)1/2

Fк - площадь поперечного сечения, м2

Dк=(1,13*0,000161)1/2=0,0014 м Dк=(1,13*0,000031)1/2=0,0059 м

Суммарная длина каналов:

Lк= F/р• Dк

F -площадь пуансона(матрицы), м2

Dк - диаметр каналов, м

Lк=0,105/3,14*0,0014=23,8 м Lк=0,02/ 3,14*0,0059=4,55 м

Расчет мощности нагрева и основных силовых параметров

Определение мощности нагревания необходимый для достижения требуемой скорости разогрева горячего блока и компенсации тепловых потерь. Потери различают:

- излучении между блоками и крепежными плитами

- конвективные потери между блоками и окружающей средой

- теплопроводность литниковой втулки, установочной втулки и воздушными зазорами

1) потери по теплопроводности (необходимый нагрев):

Qт=fт(л/дст)?Т

Для установочной втулки:

Qуст.вт.=fт(л/дст)?Т=1,256*10-5(17/3*10-3)(240-25)=15,3 Вт

fт - площадь отдающей поверхности, м2

л - коэффициент теплопроводности Вт/м?С

д - среднее значение толщины стенки, м

?Т - разность температуры теплоотдающей и принимающей сред, ?С

Потеря тепла через воздушный зазор:

Qв.з.=0,0283(0,04/0,014)215=17,38 Вт

Qт=Qв.з.+Qуст.вт.=15,3+17,38=32,68 Вт

Полные потери тепла (мощность обогрева):

Q=Qт+0,03Qт=32,68+0,3•32,68=42,49 Вт

Итак требуемая мощность обогревателя составит 45 Вт

Расчет основных силовых параметров:

Усилия впрыска:

Твпр=(рd2ш/4)руд=(3,14*0,0252/4)2,75*108=1,35*105 н/м

D -диаметр шнека, м

руд - удельное давление, Па

Рабочий ход шнека:

Sр=4Vвпр/рd2ш =4*32/3,14*2,52=6,52 см

Vвпр - объем впрыка, см3

Dш -диаметр шнека, см

Прочностной расчет

Расчета прочности пуансона и матрицы форм имеют целью определению рациональных толщин стенок. Расчеты прочности дополняются расчетами деформаций особо нагруженных деталей. Основным исходным параметром, регламентирующий результаты прочностных и деформационных расчетов в формах, является давления впрыска расплава в форму, под действием которого в оформляющих деталях развивается напряжения, приводящие к деформации или к разрушению детали по опасному сечению (в аварийных случаях).Расчет выполнен в приложение Cosmos, программы SolidWorks 2003.

Центрующая колонка

Деформированная форма

рис.8

Статическое перемещение

рис.9

Максимальное усилие

рис.10

Статическое узловое усилие

рис.11

Плита матрицы. Деформированная форма

рис.12

Статическое перемещение

Рис.13

Максимальное усилие

рис.14

Статическое узловое усилие

рис.15

Колонка Деформированная форма

рис.16

Статическое перемещение

рис.17

Максимальное усилие

рис.18

Статическое узловое усилие

рис.19

Заключение

В результате проведены расчетов, и разработки конструкции формы получилось, что нашему изделию наиболее подходит форма с горячеканальной системой впрыска, двух гнездная с использованием конструкции шиберов, т.к. существует на изделие резьба.

В общем и целом мы сделали оптимальную форму для нашего изделия, учитывая термостатирования (обеспечения однородности температурных полей в формующем инструменте и экономного расхода энергии); гидродинамики заполнения формующей полости материалом (учета скоростных факторов для обеспечения наибольшей производительности работы инструмента и ориентации материала, влияющей на качество изделий и т.д.); прочности (обеспечения рациональной материалоемкости формующего инструмента, учета опасных напряжений в наиболее нагруженных элементах); взаимозаменяемости и точности (обоснованного выбора долговечных посадок и оптимальных квалитетов размеров, в первую очередь - размеров сопрягаемых элементов, степеней точности, допускаемых отклонений от правильной геометрической формы, классов шероховатости поверхностей, исполнительных номинальных размеров формующей полости); патентной экспертизы и чистоты. Глубина решения определяется уровнем требований, предъявляемых к качеству изделий, и объемом их производства.

Список использованной литературы

1. Н.И. Басов, В.А. Брагинский, Ю.В. Казанков. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов: учебник для вузов. - М.: Химия, 1991. - 352 с.

2. А.М. Воскресенский, В.Н.Красовский. Сборник примеров и задач по технологии переработки полимеров. - Минск: Высшая школа, 1985

3. П.Ф. Дунаев., О.П. Леликов. Конструирование узлов и деталей машин: Учебн. Пособие для техн. Спец. Вузов. - 7-е изд., испр. - М.: Высш. Шк., 2001. - 447 с.

4. Н.М.Михалева, Т.М. Лебедева, В.В. Богданов, О.О. Николаев, О.Г. Новикова, В.П. Бритов. Проектирование промышленного производства изделий из пластмасс: Методические указания / СПбГТИ.-СПб,1998.-48с.

5. Мартин Бихлер. Параметры литья под давлением и каталог Demag ergotech.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.