Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Зміст

Вступ

1. Технологічна частина

1.1 Літературний і патентний огляд

1.2 Теоретичні основи переробки пластмас методом лиття під тиском

1.3 Характеристика сировини

1.4 Характеристика готової продукції

1.5 Технологічний процес виробництва деталей методом лиття під тиском

1.6 Матеріальний баланс виробництва

1.7 Технологічні розрахунки основного обладнання

1.8 Розрахунок на міцність деталей

1.9 Розробка технології використання технологічних відходів

1.10 Пакування готової продукції

1.11 Планування приміщень і розташування обладнання цеху

1.12 Розрахунок гніздності деталі

2. Економічні розрахунки

2.1 Розрахунок промислової потужності цеху, який проектується

2.2 Розрахунок поточних витрат (собівартості)

2.3 Визначення ціни та виручки від реалізації продукції

2.4 Розрахунок інвестиційних (капітальних) витрат

2.5 Показник ефективності проектуємого виробництва

3. Охорона праці та навколишнього середовища

3.1 Загальні питання охорони праці та навколишнього середовища

3.2 Промислова санітарія

3.3 Техніка безпеки

3.4 Електробезпека

3.5 Пожежна безпека

3.6 Захист навколишнього середовища

4. Цивільна оборона

Висновки

Список джерел інформації

Вступ

Пластмаси - самостійні матеріали з різними фізико-механічними властивостями, з великим майбутнім. У зв'язку з потребами в полімерних виробах організовується випуск високо продуктивної техніки для вироблення нових формованих та не формованих полімерних виробів.

Виготовлення виробів із пластмас - порівняно складний технологічний процес внаслідок великого асортименту пластмас, що переробляють, які мають різні технологічні, фізичні та хімічні властивості. Литтєві машини випускають універсальними за параметрами для вироблення різних виробів і спеціалізовані за конструкціями для переробки різних пластмас

Лиття під тиском застосовують для виготовлення виробів із термопластичних і термореактивних пластмас різної конфігурації та асортименту, що відрізняються за масою від десятих часток граму до кількох десятків кілограмів, за товщиною стінки - від десятих часток міліметру до кількох десятків сантиметрів, при чому вироби мають високу точність та стабільність розмірів

Збільшення об'єму виробів із пластмас в усіх галузях народного господарства потребує підвищення продуктивності литтєвих машин, збільшення їх швидкохідності, інтенсивності процесів лиття, застосування багато композиційних машин.

Цілю даного дипломного проекту являється проектування технологічного процесу одержання виробів побутового призначення із АБС-пластику методом лиття під тиском.

1. Технологічна частина

1.1 Літературний і патентний огляд

Лиття під тиском - найбільше поширений метод переробки пластмас, тому що дозволяє отримувати вироби порівняно складної конфігурації при невеликих витратах праці і енергії. Процес виготовлення виробів засновано на заповненні формуючої порожнини форми розплавом з послідовним його ущільненням під тиском і охолодження. Таким чином можна переробляти усі без виключення термопластичні полімери, вид і марку яких вибирають в залежності від призначення виробу, міцності, теплостійкості та інших властивостях. При литтям під тиском звичайно вибирають полімери з показником текучості розплаву від 2 до 7 г/10 хв. Однак можна переробляти полімери і з меншою текучістю, але при цьому потрібна більш висока температура, що не завжди допустимо, тому що може відбутися термічна деструкція. Лиття під тиском - періодичний процес, в якому технологічні операції виконуються з визначною послідовністю по замкненому циклу. Таким чином процес лиття під тиском дуже просто автоматизується з використанням найпростіших серійних приладів, таких як реле часу, регулятори тиску та електронні потенціометри, а з використанням датчиків, які преображають технологічні параметри в електричні сигнали, легко може переключатися на керування за допомогою ЕОМ. Це дозволяє значно збільшити ефективність виробництва [1].

Над проблемою виготовлення виробів методом лиття під тиском протягом багатьох років займалися вчені багатьох країн світу. Літературний і патентний огляд, проведений по ведучих країнах світу показав, що розробка нових технічних рішень веде до удосконалення устаткування та технологій.

Вчені надали новий спосіб формування в литтєвій машині, який полягає у тому, що в литтєвій машині керування переміщення черв'яка здійснюється відповідно з заданими вимогами формування і здійснюється сприск пластифікованого матеріалу [2]. Для задачі вимог формування отримують інформацію про тиск, що впливає на матеріал, що впорскується, як функцію часу. На перший дисплей виводиться інформація про зміни тиску отримані в процесі. На другий дисплей виводиться інформація про задану величину параметра литтєвого процесу разом зі зміною тиску. Вимоги литтєвого процесу задаються відповідно з модифікацією інформації виведення на дисплей заданих величин параметра процесу.

Було запропонована литтєва машина, що має поворотну голівку, на якій закріплені комплекти формувальних інструментів[3]. При роботі машини формувальні інструменти послідовно подаються на стадії замикання форм, до вузла вприскування, на стадію охолодження і на стадію відкриття форми.

Вчені з Німеччини розробили нову литтєву машину, що відрізняється сучасним дизайном, збільшеними розмірами кріпильних плит і відстанями між направляючими колонами[4]. Загнути униз випускні захисні ґрати виконані з обліком ергономічних вимог, так що наладчик може рукою дотягтися до середини машини.

Запропоновано спосіб керування сприскуванням у черв'ячній литтєвій машині. У матеріальному циліндрі вузла сприскування, з можливістю обертання й осьового переміщення, встановлений черв'як. Обертання й осьове переміщення черв'яка здійснюється за допомогою окремих електродвигунів. За рахунок особливостей зубчастої передачі, що з'єднує вихідний вал першого електродвигуна з черв'яком, забезпечується можливість реверсування напрямку обертання черв'яка. Робота першого і другого електродвигунів контролюється мікропроцесором. Протягом кожного періоду впорскування кілька разів змінюється напрямок обертання черв'яка, причому регулюється частота обертання. Одночасно здійснюється відвід черв'яка від сопла вузла сприскування, у результаті чого виробляється акумулювання дози розплаву[5].

Запатентовано пристрій для видалення повітря. За допомогою шнека розплавлена маса рухається в одну сторону, а повітря - в іншу й віддаляється через отвір для видалення повітря[6]. Запропоновано пристрій для замикання форми. У пристрої нерухома кінцева плита сполучена через коліноричажний механізм з подвійним колінчастим важелем і кріпильною плитою форми, що переміщається. Подвійний колінчастий важіль приводиться в дію щонайменше двома привідний механізмами, розташованими між кінцевою і кріпильною плитою форми паралельно головної осі машини [7].

Вченими був розроблений обігріваючий клапан для регулювання витрати розплавленої пластмаси. Повзун встановлений рухомо всередині каналу корпусу. Передбачене пристосування для піджиму повзуна в закрите положення. У корпусі передбачена литникова втулка з каналом для проходу розплавленої пластмаси. Коли повзун знаходиться у відкритому положенні, канал литникової втулки з'єднує випускні отвори повзуна з порожниною форми. Клапан забезпечений нагрівником[8].

Вченими запропоновано пристрій для роз'єму форми [9], що містить плиту з встановленим на ній в опорах двозахідним ходовим гвинтом, рухомі захвати для напівформ, змонтовані з можливістю взаємодії з двозаходним ходовим гвинтом і рухомі захвати для виробу, відмінні тим, що, з метою підвищення продуктивності, пристрій забезпечений Г-подібними підпружиненими важелями, менші плечі яких шарнірно пов'язані з рухомими захватами для напівформ копірними планками для взаємодії з великими плечами Г-подібних підпружинених важелів і фіксаторами останніх.

Вчені Японії [10] запропонували перед литтям під тиском змішувати два пластики одного або різних видів з ізоляційними або електропровідними властивостями, текучість яких відрізняється більш ніж в 10 раз (текучість виміряна при однакових умовах), а потім піддавати формуванню.

Запропоновано бункер механізму пластикації в литтєвій машині[11]. Він відрізняється тим, що з ціллю збільшення продуктивності за рахунок скорочення часу зміни матеріалу, бункер обладнано закріпленим всередині корпуса в нижній його частині стаканом з пружиною. Патрубок встановлено в стакані з можливістю повздовжнього переміщення по його внутрішній поверхні, причому пружина розміщена поміж дном стакану і патрубком, і там виконані отвори для проходження матеріалу при їх з'єднанні.

Вчені США пропонують литтєву машину з понад високочастотним нагріванням матеріалу. Ця машина містить: завантажувальний пристрій, камеру пластикації, СВЧ-генератор, роз'ємну прес-форму і механізм змикання прес-форми. Механізм змикання прес-форми відрізняється тим, що з метою підвищення продуктивності та якості виробів СВЧ-генератор, встановлений на камері пластикації, з напрямком поширення хвиль СВЧ-генератора перпендикулярно спрямовані переміщення матеріалу і з'єднано з прес-формою за допомогою радіопрозорої вставки. Камера пластикації виконана у вигляді прохідного елемента, розміщеного між завантажувальним пристроєм і прес-формою з гравітаційним перемішуванням матеріалу. При цьому нерухома напівформа постачена зв'язаним з нею вібратором з ультразвуковим генератором [12].

Запропоновано пристрій для змикання форм. Литтєва машина містить перший і другий затиск для змикання між ними закритої прес-форми, колінчасто-підоймовий механізм, зрушує затиски при змиканні форми. Для регулювання зазору між затисками при використанні форм різних розмірів, передбачений гвинт, що обертається рукояткою [13].

Вчені Росії запропонували сопло литтєвої машини, відрізняється воно тим, що з ціллю збільшення надійності роботи сопла і спрощення його конструкції, вихідна частина корпусу зроблена у вигляді багатогранника, а пружній елемент виконаний у вигляді багатогранної втулки з кільцевим бортом на торцю для з'єднання з корпусом і розрізами виконаними по ребрам багатогранної втулки до кільцевого борта [14].

Вченими США запропонована форма з ізольованим літником, що містить першу і другу секцію, між яким знаходиться третя секція. Усі три секції встановлені з можливістю відносного переміщення уздовж першої осі між зімкнутим і розімкнутим станами. Перша секція містить першу плиту, друга секція містить другу плиту, третя секція містить третю і четверту плити. Перша і третя плити утворюють хоча б одну порожнину, а друга і четверта плити утворять хоча б одну іншу порожнину, що оформляє. Передбачено систему подачі розплавленої маси в порожнини. Ця система містить ізольовану литникову систему, що забезпечує збереження пластмаси в розплавленому стані в інтервалі між циклами формування. Передбачено пристрій для видалення ливникової системи шляхом її виштовхування в напрямку, рівнобіжному першої осі [15 ].

Литтєва форма для полімерних виробів зі зрізом впускних литників і двосторонньою підпресовкою виробів, все це здійснюється автоматично без застосування джерела подачі рідини за рахунок використання тиску ущільнення полімеру в формуючій порожнині, що створюється в процесі витримки під тиском[16].

Американські вчені [17] запропонували литтєву машину, сопло якої забезпечене пристроєм для створення додаткового тиску. Додатковий тиск створюється за допомогою поршня, який, пересуваючи втулку, зменшує внутрішній об'єм каналу, по якому проходить розплав.

Литтєва форма для виготовлення полімерних виробів з відривом крапкових литників[18]. Після інжекції розплаву полімеру в оформлюючі вироби порожнини і відповідної витримки форму розкривають. Рухома частина форми відходить від нерухомої литникової плити. Спочатку форма розкривається по площині, що проходить між плитою скидання і плитою матриць. У цей момент крапкові литники, завдяки затримкам литників, відриваються від виробу. Це рішення дозволяє виштовхувати розводящу литники з литникових каналів без поперечного перегину, що запобігає їх поломці і підвищує надійність форми в роботі.

Запатентовано бункер механізму пластикації литтєвої машини [19]. Винахід дозволяє скоротити час зміни матеріалу і забезпечує можливість автоматичної зміни бункерів без участі оператора. При цьому забезпечується простий контроль за рівнем матеріалу в бункері.

Запропоновано механізм впорскування багатопозиційної литтєвої машини [20]. Метою даного винаходу є підвищення надійності механізму впорскування. При роботі механізму впорскування компенсатор, поєднуючись з площиною литникової втулки, утворить надійний герметичний контакт з втулкою, зберігаючи при цьому контакт з наконечником.

Вчені запропонували пристрій для видалення, розподільних литників [21]. Пристрій має навантажувальну раму, на якій установлені відформовані вироби. Механізм затиснення розподільного литника, валки, що використовуються по одній поверхні виробу, елемент, що обертається, з центром обертання, розташовані по дотичних литниках, що забезпечує підтримку виробів, стосуючись однієї їхньої поверхні, механізм відділення розподільних литників від виробу шляхом обертання елемента щодо литника при затисненні виробу елементом і валком.

Вченими була запропонована литтєва форма для виготовлення полімерних виробів з відривом крапельних литників, відрізняється вона тим, що з метою розширення технологічних можливостей і збільшення надійності форми у роботі, центральний стержень жорстко закріплено в плиті матриці. В основі виконано ступінчастий отвір для розміщення у ньому опорного кінця тяги, середня частина якої закріплена у матриці, а другий кінець тяги оздоблено фіксатором для зчеплення зі штовхувачем литників, який виготовлено у вигляді плити [22].

Вчені Німеччини запропонували пристрій для витягу литтєвих виробів, у точності, оптичних носіїв інформації. Пристрій для витягу із складеної литтєвої прес-форми з частинами, що взаємопереміщаються, відрізняється тим, що між частинами форми, знаходиться одне або декілька радіально рухливих у розділовій площині форми кілець, для фіксації литих виробів. Внутрішній діаметр кілець відповідає зовнішньому діаметрові виробів. Геометрія внутрішнього діаметра забезпечує надійну фіксацію виробу, і по закінченні процесу лиття і розкриття форми, кільце з виробом витягають з форми. Після охолодження й усадки виріб видаляють з кільця [23].

Запропоновано вузол пластикації литтєвої машини, він відрізняється тим, що з метою збільшення якості виробів за рахунок зниження температурної неоднорідності розплаву [24]. Шнек оздоблений закріпленою на його торці циліндричною насадкою з кулькою і поперечним замкненим каналом напівсферичного поперечного перетину по його зовнішній поверхні. Торпеда шнека виготовлена у вигляді голівки і жорстко з'єднаного з нею і розміщеного на зовнішній поверхні кінця шнека наконечника. При обертанні шнека голівка робить рухи за допомогою кульок, які рухаються по поперечному замкненому каналу, що поліпшує якість виробу.

Японськими вченими розглянута дія системи, що регулює змикання і розмикання литтєвої форми[25]. Пуансон, який рухається за допомогою циліндра з затвором і регульованим датчиком. У зв'язку зі створенням нової системи нагнітання робочої рідини і більш герметичного циклу покращилась продуктивність машини, стабілізувався тиск, знизилися шкідливі навантаження.

Пропонується спосіб і пристрій для лиття під тиском з фільтрацією розплаву в процесі дозування [26]. Це пристосування для фільтрації розплаву забезпечує очищення домішок, що нагромаджуються на його задній поверхні, що виконується без демонтажу сопла, через заливочний отвір, виконаний в корпусі машини. Машина містить камеру, що втримує зовнішній або внутрішній тиск для виконання лиття з високою продуктивністю, в якій знаходиться клапан, що перекриває канал сопла. Пристосування для фільтрації розплаву дозволяє при засміченні домішками звільнити від засмічення шляхом псевдолиття, коли канал сопла перекритий.

Розроблений метод регулювання процесу лиття під тиском. При литті під тиском пластичний матеріал видавлюється через систему каналів в зімкнену форму. Величина тиску впорскування при цьому визначається опором течії потоку розплаву і необхідністю придання йому точної геометрії в формі. Після заповнення форми тиск впорскування в точно певний момент часу повинен перемикатися на тиск підняття, від величини якого значною мірою залежить якість відливання. Принцип методу полягає в тому, що завдяки постійним замірам зусилля впорскування і тиску розплаву в оформляючій порожнині забезпечується точно певне пониження швидкості впорскування на 5,0%. Уточнюється застосування методу на машинах різної конструкції і з різним зусиллям замикання [27].

Запропоновано литтєві машини, які оснащені черв'яками з бар'єрною нарізкою [28], яка розділяє канал на два з різною глибиною. По одному з них, що має велику глибину, при пластикації полімеру, рухаються непроплавлені гранули полімеру, а, розплав, що утворюється при їх плавленні перетікає у другий канал і рухається вздовж нього. Приводиться порівняльний аналіз якості плавлення полімеру в каналах звичайних черв'яків і вказаних черв'яків. Показано, що використання черв'яків з бар'єрною нарізкою дозволяє знизити споживану вузлом пластикації потужність, поліпшити гомогенізацію розплаву при його пластикації, скоротити час литтєвого циклу і підвищити якість виробів, що отримуються за рахунок зниження шарів розплаву на їх поверхні. Особливо ефективне використання даних черв'яків у разі додання в матеріал, що переробляється суперконцентратів, оскільки в цьому випадку спостерігається рівномірне профарбовувати полімеру.

Пропонується спосіб прочищення сопла литтєвої машини. Литтєва машина оснащена мікропроцесором і датчиками тиску і переміщення шнека. Мікропроцесор від датчиків визначає стан сопла і, у разі зростання тиску робочої рідини в гідроциліндрі впорскування і відсутності переміщення шнека, дає команду на примусове відведення шнека. Розрідження, що створюється при цьому прочищає сопло[29].

Вченими було запропоноване самоцентруюче сопло для лиття під тиском [30]. Сопловий вузол для подачі рідкого формувального матеріалу від першої напівформи до другої напівформи вміщує корпус, закріплений на напівформі. Сопловий отвір на поверхні голівки розташовано поруч з отвором на поверхні напівформи. Отвір зв'язано з формуючою порожниною. Канал в соплі іде від соплового отвору до каналу у корпусі. Сопло може обертатися у корпусі і центрувати сопловий отвір відносно отвору напівформи.

Американськими вченими запропонований новий підхід до конструкції змішувального черв'яка литтєвої машини [31]. Дослідження показали, що при стандартному шнеку відношення обсягу каналу до дози сприскування є самим важливим параметром визначення термічної однорідності у той час як частота обертання шнека, зворотний тиск і встановлена температура матеріального циліндра, мають другорядне значення. Виходячи з цих розумінь, був запропонований багатоходовий шнек для забезпечення високого ступеня однорідності розплаву при досить невеликому відношенні обсягу каналу до дози упорскування. Крім того, проведений обмежений елементарний аналіз зони потоку в багатоходових шнеках для пояснення експериментальних результатів.

В результаті проведеного літературного і патентного пошуку в якості нового технічного рішення було запропоновано сопло литтєвої машини. Воно відрізняється тим, що з ціллю збільшення надійності роботи сопла і спрощення його конструкції, вихідна частина корпусу зроблена у вигляді багатогранника, а пружній елемент, виконаний у вигляді багатогранної втулки з кільцевим бортом на торцю для з'єднання з корпусом, з розрізами виконаними по ребрам багатогранної втулки до кільцевого борта [14].

1.2 Теоретичні основи переробки пластмас методом лиття під тиском

Лиття під тиском - найбільш розповсюджений та прогресивний метод переробки пластмаси, так як дозволяє одержувати вироби порівняно складної конфігурації при невеликих витратах труда та енергії Процес виготовлення виробів ґрунтується на основі заповнення формуючої порожнини форми розплавом з подальшим його ущільненням завдяки тиску та охолодженню Цим засобом можна перероблювати усі без виключення термопластичні полімери

Процес лиття здійснюється таким чином, що матеріал під дією високої температури плавиться, пластифікується і під великим тиском, що виникає в матеріальному циліндрі, вприскується в порожнину охолодженої форми, тобто при литті в матеріалі не проходять хімічні процеси і тому матеріал та його відходи можна переробляти неодноразово [ 32]

Метод лиття під тиском широко застосовується в промислових процесах для виробництва технічних деталей для електротехнічної, радіотехнічної, машинобудівельної та інших галузей промисловості Технічні вироби являються складовими деталями до машин, приладів і повинні відповідати потребам

Переробка пластмаси у вироби литтям під тиском пов'язана із змінами теплових і реологічних властивостей полімерних матеріалів При литті під тиском матеріал нагрівають до пластичного стану, а потім під тиском заливають у форму, що має температуру як правило нижче температури склування

Для литтєвих марок термопластів необхідний інтервал між температурою плинності і температурою початку розкладання: чим менше цей інтервал, тим складніше перероблювати матеріал у вироби - необхідно більш точне регулювання температури розплаву Чим нижче температура розплаву і чим вище тиск, що діє на полімер у процесі лиття, тим менше усадка і тим більше міцність виробу

При переробці структура виробу змінюється, зміцнюючи комплекс властивостей матеріалів Кратність переробки також по-різному діє на властивості різних пластмас

При рухові розплаву вздовж каналів під дією тиску відбувається витягування полімерних молекул (орієнтування) вздовж вісі руху Орієнтування молекул здійснюється як при русі розплаву вздовж циліндру, так і при заповненні форм розплавом, особливо якщо ці форми призначені для виготовлення виробів нескладної конфігураціїОрієнтація молекул, так як і неодночасність охолодження розплаву в різних ділянках виробу при охолодженні, приводе до появи внутрішньої напруги та зниження механічної міцності Шляхом зміни температури при литті можливо величину відносної втрати міцності звести до мінімуму

При проходженні рідкого середовища по каналах в ньому здійснюється переміщення шарів Величина напруги, що виникає між шарами, які рухаються, залежить від швидкостей руху шарів Математично це явище можна описати за допомогою закону Ньютона, за яким напруга переміщення між шарами, направлена перпендикулярно до їх поверхні, прямопропорційно швидкості переміщення :

=·

Коефіцієнт пропорційності називають густиною Таким чином, під густиною розуміють властивість рідин здійснювати опір зусиллям, що викликає відносне переміщення частинок Полімери у розтопі ведуть себе по-іншому в них густина змінюється в залежності від швидкості переміщення Із збільшенням градієнту швидкості переміщення їх в'язкість зменшується Плинність таких рідин можна описати рівнянням :

=·j^m

де K і m - реологічні температури, при яких одержані вироби зберігають надану їм форму. Константи, які визначають експериментально.

Основні процеси, які відбуваються при литті під тиском - це нагрівання матеріалу, його розтоп вприск розтопу у форму та охолодження його. Пластмаси погано проводять теплоту, тому для забезпечення оптимальної продуктивності матеріального циліндру різниця температур між його стінками та розтопом повинна бути вагомою. Але температура циліндру не повинна бути близькою до температури розкладання полімеру. Товщина ж шару матеріалу, що нагрівається має бути по можливості невеликою. Тому в циліндрах поршневих машин загальний потік маси, який поступає з прийомної камери, розбивається на ряд дрібних потоків, які проходять по спеціальних отворах в торпеді циліндру [ 33].

У циліндрах черв'ячних машин умова нагрівання покращується, так як тут товщина шару, що нагрівається ще менша. Завдяки великій довжині циліндру можна розділити його на декілька температурних зон з повільним підвищенням їх температур у напрямку до мундштука. Тим самим утворюється більш “м'який“ рижим нагрівання по зонах. Крім того, обертання черв'яка приводе до перемішування маси та більш рівномірного розподілу температури.

При рухові розтопу по каналах проходе орієнтація молекул. Заливка форми більш нагрітої маси при однаковій температурі форми веде до виникнення великої напруги при охолодженні. Результативним показником цих явищ виступає зниження механічної міцності виробів з підвищенням температури лиття. Таким чином, з одного боку при визначенні оптимального значення температури лиття потрібно підвищувати температуру, так як тоді полегшується заповнення порожнини форми розтопом. При цьому температура повинна залишатися нижче початку розкладання полімеру. З іншого боку, необхідно знижувати температуру лиття для одержання виробів з найбільшою міцністю.

Тиск на масу здійснюється поршнем або черв'яком вузла накопичування маси. Під тиском матеріал розтоплюється, проходе через матеріальний циліндр, канали форми та заповнює порожнини форми. В міру проходження розтопу до порожнин форми тиск на розтоп зменшується із-за опору, що зустрічається на його шляху. Тиск, під яким знаходиться розтоп в порожнині форми, завжди менше тиску, що утворюється поршнем або черв'яком. В процесі заповнення форми та тверднення розтопу тиск ще більше зменшується. В залежності від умов проведення процесу тиск у формі до моменту розкриття її стає такий як атмосферний, або трохи більше за нього (залишковий тиск). Максимальний тиск у формі створюється в кінці ходу поршня або черв'яка вперед і залежить від зусилля діючого на поршень або черв'як, від температури розтопу і від опору проходження маси. Для створення максимального тиску у формі, необхідно підвищувати зусилля діюче на поршень або черв'як, підвищувати температуру маси, зменшити довжину литникових каналів, збільшити їх перетин, зменшити сили тертя за допомогою введення змащуючих речовин в пластмасу.

Підвищення тиску приводить також до збільшення швидкості заповнення форми, до більш щільної упаковки молекул, в результаті підвищення якості відливок аморфних полімерів, збільшується міцність при розтязі, стисненні, згинанні, ударна густина. Із збільшенням густини відливки відповідно зменшується її усадка. Шляхом змінення тиску можна змінювати структуру полімерів. Так при підвищенні тиску кристалізація може починатися навіть при температурах, які перевищують межу плавлення полімеру.

Режим охолодження розтопу у формі впливає на структуру полімеру у виробі, на якість відливок, які утворюються, на продуктивність машин та інше. Якщо охолоджувати полімери, що кристалізуються повільно, то вимірюючи температуру полімеру можна впевнитися, що спочатку вона буде знижуватися, потім поступово температура стабілізується, тому що починається швидко розвиватися процес кристалізації і відбувається виділення теплоти. Після закінчення кристалізації температура знижується до кімнатної і матеріал повністю охолоджується. Якщо створити умови для швидкого охолодження полімеру, при яких не встигне відбутися кристалізація, матеріал затвердіє і залишиться в аморфному стані.

При охолодженні аморфних полімерів аморфна структура зберігається. Однак змінюється характер надмолекулярних утворень, тобто їх розміри і будова. При збільшенні температури форми ударна в'язкість матеріалів знижується.

Для того, щоб одержати велику продуктивність процесу лиття температура форми повинна бути значно нижчою, ніж температура розтопу, тобто охолодження розтопу і його тверднення мають проходити швидко. В той же час ця різниця температури не має бути настільки велика, щоб збільшувати внутрішню напругу у виробі із-за нерівномірності охолодження розтопу в різних ділянках виробу. Як правило, цей перепад температури для різних пластмас складає 100160 ^оС.

1.3 Характеристика сировини

АБС являється продуктом кополімеризації стиролу, акрилонітрилу з каучуком, призначений для виготовлення методом лиття під тиском комплектуючих виробів для електром`ясорубки [34].

При кополімерізації мономерів А и В протікають чотири конкуруючі реакції з різними константами швидкості k:

де А і В - полімерні радикали, що кінчаються мономерними ланками А и В відповідно.

Приймається, що швидкість атаки радикала на молекулу мономера повністю визначається структурою останньої ланки зростаючого ланцюга. Якщо константи і дорівнюють нулю, то сополімер не утвориться. Якщо ж і дорівнюють нулю, то утвориться правильно чергующийся кополімер.

Реакційна система досягає стаціонарного стану, при якому збиток радикалів при реакції з B повністю врівноважується відтворенням з , тобто

(1.1)

Швидкості витрати мономерів А и В визначаються рівняннями (1.2) і (1.3):

(1.2)

(1.3)

При розгляді не враховуються реакції обриву ланцюга.

Використовуючи рівняння (2.10) для заміни [] у рівняннях (2.11) і (2.12), одержуємо вираження для сполуки сополімера в будь-який даний момент часу:

(1.4)

Відносини реакційних здатностей мономерів і характеризують відносні швидкості реакції гомо- і сополімерізації. У випадку стиролу (А) і акрілонітрила (В) =0,37 і =0,05, що вказує на те, що обоє радикала переважно приєднуються до чужого мономера. Це перевага особливо виражена у випадку акрілонітрила.

Щеплення полімерів є одним зі способів утворення міцного зв'язку між частками еластоміра й матрицею. Із цієї причини такий метод займає важливе місце у виробництві АБС. Незважаючи на те що щеплення можна здійснити майже на будь-який еластомір, використовуючи відповідні методи, деякі еластоміри утворять прищеплені сополімери із задовільними властивостями в ході радикальної полімеризації стиролу, метилметакрилату й інших мономерів. Як правило, для цих цілей використовуються дієнові полімери. У промисловості застосовуються деякі сополімери бутадієну, але частіше воліють використовувати полібутадієн, що має більш низьку температуру склування. Подальше обговорення буде стосуватися в основному щеплення стиролу на полібутадієн.

Механізм щеплення. Можливі кілька механізмів щеплення стиролу, акрилонітрилу на полібутадієн. Основними альтернативами є:

1) Приєднання по подвійному зв'язку:

(1.5)

Відрив атома водню від метиленової групи

(1.6)

де R* - вільний полімерний радикал або осколок ініціатора. Якщо R* -полістирольний радикал, то реакція приєднання є реакцією щеплення.

Радикали полібутадієну, що утворяться по 1 і 2 механізму, реагують зі стиролом з утворенням щепленого сополімера:

 (1.7)

Із двох радикалів полібутадієну аллільний радикал, що виходить по реакції (2), менш активний, тому що його резонансна енергія (84 кДж/міль) порівнянна з енергією радикала стиролу.

Брайдон і інші вивчали щеплення стиролу на полібутадієні в розчині бензолу 60 °С у присутності ініціаторів - перекису бензоіла або азобісізобутіронітрила. Ці автори пропонують наступну кінетичну схему полімеризації.

Ініціювання:

Розпад ініціатора

· (1.8)

Атака мономера радикалом ініціатора

(1.9)

Атака полібутадієну радикалом ініціатора

(1.10)

Атака мономера радикалом еластомеру

(1.11)

Ріст ланцюга

 (1.12)

(1.13)

Обрив ланцюга

(1.14)

(1.15)

(1.16)

Реакція (1.11) - основна реакція щеплення. Продукти реакцій обриву ланцюга (1.14) і (1.15) є прищепленими сополімерами, а реакція (1.14) може також приводити до зшивання полімеру. Передбачається, що всі реакції росту ланцюги характеризуються однаковою константою швидкості. Подібно цьому й для реакцій обриву ланцюга приймають ту саму константу швидкості.

АБС має відповідати вимогам технічних умов та виготовлятися за технологічною документацією, що затверджується в установленому порядку.

АБС випускають у вигляді однорідних гранул розміром від 2 до 5 мм.

АБС випускають як у фарбованому так і нефарбованому вигляді. Кольори полімеру узгоджують при замовленні у відповідності із стандартним прикладом - еталоном, затвердженим в установленому порядку.

За своїми фізико-механічними показниками АБС має відповідати вимогам і нормам, що приведені в таблиці 1.1.

Технологічний процес виробництва АБС - кополімерів складається з наступних стадій: приготування каучукового латексу, змішення його з мономером, кополімеризація, відгонка мономерів, що не прореагували, виділення кополімера з суспензії, промивка і сушка, фарбування і стабілізація, гранулювання кополімера.

Таблиця 1.1 - Основні властивості АБС-пластику

Найменування показника	Значення
Чистота поверхні диска	Поверхня диска повинна бути чистою. Допускають включення діаметром 0,2-0,3 мм в кількості не більше однієї точки на площі 10 смІ
Показник плинності розтопу, г/10 хв., не менше	4,5
Ударна в'язкість за Ізодом, кгс·см/см (Дж/мІ), не менше	196 (20,0)
Міцність при розриві, МПа, не менше	18,6
Відносне подовження при розтязі, %	15
Масова доля води,%, не більше	0,3
Масова доля залишкового мономеру (стиролу), акрилонітрилу, не більше	0,1 0,003
Стійкість до горючості	ПВ-0
Густина, кг/мі	1040
Литтєва усадка,%	0,3-0,7

Приготування каучукового латексу проводиться в реакторі 2 способом емульсивної кополімеризації бутадієну з акрилонітрилом або зі стиролом при температурі 60 - 80 ⁰С і тиску 0.2 - 0.5 МПа. Одержаний каучуковий латекс після відгонки бутадієну, що не прореагував, охолоджують до 40 - 50 ⁰ С і зливають в збірку-сховище 1. Латекс із збірки 1 насосом, дозувань, безперервно передається в змішувач 3, куди також додатково вводять акрилонітрил і стирол. Суміш латексу і мономерів із змішувача 3 послідовно перекачується в батарею реакторів 4. Склад реакційної суміші (мас.ч.), що приводиться нижче, залежить від марки кополімера, що випускається:

Каучуковий латекс 15 - 26

Акрилонітрітріл 25 - 31

Стирол 16 - 55

Ініціатор (персульфат калію) 0.04 - 0.07

Емульгатор (каніфольне мило) 2 - 2.2

Регулятор молекулярної маси (третинний додецил меркаптан) 0.4 - 0.6

Знесолена вода 250

Реактори об'ємом 20 - 30 м³ виготовлені з неіржавіючої сталі і забезпечені мішалками і сорочками для обігріву з індивідуальною системою регулювання температури. Реакція сополімеризації протікає при температурі 65 - 80 ⁰С і атмосферному тиску, при цьому ступінь конверсії мономерів в останньому реакторі досягає 96 - 98%. Що не прореагували мономери відганяються у випарнику 5 гострою водяною парою під вакуумом 7 кПа.

Пари мономерів після конденсації і очищення повертаються в цикл, а латекс з випарника 5 прямує в коагулятор 6, куди додають коагулянт водний розчин сульфату амонію).

Коагульована суспензія кополімера поступає в збірку 7, а звідти - на барабанний вакуум-фільтр 8, де вона промивається водою і віджимається до вологості не більше 65%. вологий порошок кополімеру сушиться в стрічковій сушарці 9 до вологості 1%. На виході з сушарки встановлені валяння для таблетування порошку (на схемі не показані). Пігулки передають в бункер 10, змішують з фарбниками, стабілізаторами і ін. добавками і направляють на гранулюванні. Технологічний процес виробництва АБС пластику наведено на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Схема процесу виробництва АБС-пластику

1.4 Характеристика готової продукції

Розробляється процес виробництва деталей для електром`ясорубки із АБС пластику методом лиття під тиском. Асортимент цеху складають такі деталі, як стакан, кожух, предбункер, основа, піддон, стержень, корпус, виготовлені із АБС, являються конструктивними деталями та виконують захисну функцію електром`ясорубки ЕМШ 32/100.

Деталі без арматури, різьби та елементів, що запобігають з'єму форми; з нерозвинутою чи не дуже розвинутою поверхнею (кількість елементів розвинутості не більше чотирьох).

1.5 Технологічний процес виробництва деталей методом лиття під тиском

Технологічний процес виробництва деталей методом лиття під тиском складається із наступних стадій :

1) приймання, транспортування, розтарювання та зберігання сировини. Вхідний контроль; 2) підготовка сировини ; 3) транспортування сировини із складу або ділянки підготовки сировини в цех формування виробів (до литтєвих машин) ; 4) формування виробів ; 5) контроль готової продукції; 6) упаковка та зберігання готових виробів ; 7) переробка відходів.

У відповідності з умовою затарювання сировини підприємствами виробниками, на підприємствах по переробці полімерних матеріалів методом лиття під тиском передбачено приймання сировини в цистернах, контейнерах та мішках. Сировина із контейнерів може розтарюватися і подаватися пневмотранспортом. Сировина в мішках транспортується із вагонів системами транспортерів, укладається партіями на піддони і міжцеховим транспортом перевозиться в заводський склад. При прийманні сировини в будь-якій упаковці обов'язковою умовою виступає облік прибувшої сировини, для цього передбачено залізничні та автомобільні ваги.

Заводський склад необхідно проектувати з розрахунку 10-15 добового запасу сировини. Сировина подається до місця споживання за допомогою пневмотранспорту, який вмикається автоматично за викликом литтєвої машини при пониженні рівня сировини в бункері через певні проміжки часу.

Сировину потрібно зберігати в сухому приміщенні без різких коливань температури. В зимовий час перед подачею до литтєвої машини сировину в мішках потрібно витримати в опалених приміщеннях не менше 12 годин для запобігання попадання вологи при завантаженні матеріалу в бункер машини. Волога конденсується на поверхні гранул або порошку із-за значної різниці температур матеріалу і повітря в приміщенні. Сировина, яка поступила на підприємство в будь-якій упаковці, супроводжується відповідним документом, в якому вказуються його основні характеристики та відповідність вимогам ДСТУ.

Для визначення параметрів сировини, що переробляється, а також відповідність характеристик значення, які вказані в супроводжуючих документах, проводять так званий вхідний контроль. При цьому визначається однорідність матеріалу в партії та показник плинності розтопу.

Визначення основних технологічних і фізико-механічних показників сировини при необхідності проводять в лабораторії, які мають відділення технологічних, фізико-механічних та хіміко-аналітичних випробувань.

Підготовка термопластичних матеріалів виконується в залежності від технічних умов за їх переробкою, вимог до якості готової продукції до поверхні виробів та до їх фарбування.

В теперішній час для формування виробів приймають однопозиційні та двохпозиційгні литтєві машини, а також роторні та роторно-конвеєрні машини.

Технологічний процес лиття із термопластичних полімерів складається із операцій:

1) розтоп, гомогенізація та дозування полімеру;

2) змикання форми;

3) підведення вузла вприску до форми;

4) вприск розтопу;

5) витримка під тиском та відведення вузла вприску;

6) охолодження виробу;

7) розкриття форми та видалення виробу;

В момент вприску розтопу та витримки його під тиском циліндр литтєвої машини підведений до циліндру литтєвої форми і сопло з'єднане з каналом форми литника. Шнек під дією поршня вузла вприску переміщується до форми, розтоп вприскується у формуючу порожнину. Для уникнення витікання розтопу із форми подається витримка під тиском. В цілях охолодження виробу, коли розтоп в литнику достатньо охолоджений, вузол вприску відводиться від форми і починається дозування нової порції розтопу, при цьому шнек, обертаючись, відводиться вправо. В кінці операції дозування, коли накопичується певна маса розтопу, шнек зупиняється. Після закінчення охолодження форма розкривається і проходе вилучення виробу.

Переробка АБС пластику здійснюється при температурі 200-240єC і тиску 100-160 МПа.

Зовнішній вигляд деталей має відповідати кресленню, а також ГОСТ 92-0400-69. Перевірка за зовнішнім виглядом проводиться у 100% деталей.

Перевірка розмірів проводиться згідно типовому технологічному процесу у 5-10% деталей.

Згідно ГОСТ 92-1310-84 упаковка повинна забезпечувати зберігання виробів від забруднень, механічних ушкоджень, атмосферної дії при транспортуванні та зберіганні. Вироби, які використовують всередині підприємства потрібно упаковувати в технологічну тару. Дрібні вироби дозволяється упаковувати в тару насипом із застосуванням матеріалу для упаковки, який зберігає вироби від забруднення, вологи, механічних ушкоджень. Маса брутто одного ящика має бути не більше 50 кг. Великогабаритні вироби слід упаковувати у відповідності із нормативно-технологічною документацією, що встановлена на підприємстві-виробникові. Внутрішня упаковка має зберігати від переміщення та тертя виробів між собою.

На кожному пакеті (коробці) має бути наклеєна етикетка.

Згідно ТУ 512.25262.00143 технологічними відходами являються:

1) литники та литникові системи;

2) браковані вироби;

3) витікання матеріалу із сопла ;

4) пуско-налагоджувальні відходи.

Технологічні відходи, за виключенням прогоночних сумішей із різних полімерів та перегорівших мас, можна повторно перероблювати.

Перед повторною переробкою відходи необхідно подрібнити. Відходи, наприклад, можна подрібнювати на роторному подрібнювачу.

Подрібнені відходи (крихітки) можна додавати в первинну сировину у визначеній кількості без погіршення якості виробів, що формуються.

Дотримання необхідних умов переробки різноманітних термопластів дозволяє отримати високоякісні вироби з необхідними фізикомеханічними властивостями. Схема технологічного процесу переробки полімерів методом лиття під тиском наведена на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 - Технологічна схема виробництва виробів методом лиття

під тиском

1 - автокран; 2 - м'який контейнер; 3 - підвісна кран-балка; 4 -розтарювальна установка контейнерів; 5 - пневмотранспорт; 6, 7 - ємкості для зберігання сировини; 8 - литтєва машина; 9 - транспортер;10 - автомат механічної обробки; 11 - вертикальний транспортер; 12 - транспортер; 13 - лічильний пристрій; 14 - автомат упаковки; 15 - автоматизований склад продукції; 16 - електронавантажувач; 17 - роздрібнювач; 18 - гранулятор для переробки відходів; 19 - напіввагон (цистерна).

1.6 Матеріальний баланс виробництва

цех електром'ясорубка лиття тиск пластик

Норма витрати характеризує максимально допустиму планову кількість пластичної маси на виготовлення одиниці продукції встановленої якості стосовно планових умов виробництва. Типова структура норми витрати пластмас в основному виробництві:

1) чиста маса готової продукції із пластмаси (баз арматури);

2) технологічні та технікоорганізаційні відходи;

3) технологічні та технікоорганізаційні витрати.

Технологічні та технікоорганізаційні відходи представляють з себе залишки пластичних мас, що утворились в процесі виробництва продукції, які частково або повністю загубили якість вихідної сировини. Вони розділяються на:

1) використанні (реальні вторинні матеріальні ресурси);

2) невикористані (потенційні вторинні матеріальні ресурси).

У свою чергу використані відходи можуть бути:

а) оборотні відходи (це залишки пластичних мас, що використовуються після попередньої підготовки або без неї у тому ж технологічному процесі на виробництві тієї ж самої продукції);

б) вторинна сировина, що використовується (це залишки пластичних мас, що використовуються в іншому виробництві).

Невикористані відходи виробництва залишки пластичних мас, утворені в технологічному процесі, які не можуть бути використані при сучасному рівні розвитку науки та техніки.

Технологічні та технікоорганізаційні втрати безповоротно загублені пластмаси, чи їх компоненти. Ці втрати зумовлені рівнем техніки, технології та організації виробництва (пил, леткі продукти при сушці, таблетуванні, фізикохімічній переробці матеріалів і таке інше).

До планової норми витрат сировини та матеріалів в основному виробництві, як правило, не включені втрати при перевезенні та зберіганні, а також відходи та втрати, що викликані порушенням регламентів, рецептур, технології, браком та інші витрати, прямо не відносні до виробництва продукції. Останні витрати нормуються окремо.

В загальному випадку норма витрати сировини:

H_в = K_в P_o

де K_в коефіцієнт витрат;

P_o чиста маса виробу.

K_в визначається з урахуванням масової групи деталі та групи її складності.

Групу складності деталі визначають конструктивні елементи, що ускладнюють вільне виймання деталі із пресформи або із форми (бокові отвори, пази, арматура, нарізь), а також конструктивні елементи, що зумовлюють розвиненість поверхні виробу (наскрізні отвори та вікна будь-яких діаметрів та розмірів, ребра та ін.). У даному випадку деталі соковижималки відносимо до першої групи деталі без арматури, різьби. Обираємо K_в = 1,020.

Режим роботи ділянки

Календарних днів на рік - 360 днів

Святкових днів на рік - 11 днів

Робочих днів на рік - 250 днів

Вихідних днів на рік - 104 дні

Тривалість зміни - 8 год.

Номінальний фонд часу роботи обладнання

Т_ном. = Т_кал. - (Т_св. + Т_вих.)

де Т_ном. - номінальний фонд часу роботи обладнання, год.;

Т_кал. - кількість календарних днів на рік;

Т_св. - кількість святкових днів на рік;

Т_вих. - кількість вихідних днів на рік;

Т_ном. = 365 - (11 + 104) = 250 днів.,

Т_ном. = 250 * 24 = 6000 год.,

де, 250 - номінальний фонд часу роботи обладнання, дні.;

24 - тривалість годин при роботі в три зміни.

Таблиця 1.2 - Асортимент продукції, яка виготовляється

Найменування виготовляємої продукції	Маса виробу, кг	За зміну	За добу	За рік
		кг	шт.	кг	шт.	кг	шт.
Кожух	0,4	1832,76	4583,34	5498,3	13750	1374575	3437500
Стакан	0,08	366,55	4583,34	1099,65	13750	274912,5	3437500
Предбункер	0,13	595,65	4583,34	1786,95	13750	446737,5	3437500
Корпус	0,232	1006,75	4583,34	3189	13750	797250	3437500
Стержень	0,03	137,45	4583,34	412,35	13750	103087,5	3437500
Основа	0,236	1081,34	4583,34	3244	13750	811000	3437500
Стакан	0,03	137,45	4583,34	412,35	13750	103087,5	3437500
Предбункер	0,102	467,35	4583,34	1402,05	13750	350512,5	3437500
Піддон	0,165	756,01	4583,34	2268,05	13750	567012,5	3437500
Стакан	0,05	229,1	4583,34	687,3	13750	171825	3437500
Всього		6610,41		20000		5000000

Відбір виробів на випробування складає 6 шт. за добу

а) 13750 - 100%

6 шт. - х% х = 6?100/13750= 0.044%

Розрахункове завдання за добу:

13750 + 6 = 13756 шт.

За рік:

3437500 + 6?250 = 3439000 шт.

Добовий та річний випуск продукції з урахуванням вибору виробів на випробування наведений в табл. 1.3.

Таблиця 1.3 - Добовий та річний випуск продукції

Найменуван-ня виробу	Випуск за добу	Відбір виробів на випробування за добу	Розрахункове завдання
			За добу	За рік
	кг	шт.	%	кг	шт.	кг	шт.	кг	шт.
Кожух	5498,3	13750	0,044	2.149	6	5500,719	11006	1375179,81	3439000
Стакан	1099,65	13750	0,044	0,484	6	1100,134	13756	275033,462	3439000
Предбункер	1786,95	13750	0,044	0,786	6	1787,736	13756	446934,065	3439000
Корпус	3189	13750	0,044	1,403	6	3190,403	13756	797600,79	3439000
Стержень	412,35	13750	0,044	0,181	6	412,531	13756	103132,859	3439000
Основа	3244	13750	0,044	1,427	6	3245,427	13756	811356,84	3439000
Стакан	412,35	13750	0,044	0,181	6	412,531	13756	103132,859	3439000
Предбункер	1402,05	13750	0,044	0,617	6	1402,667	13756	350666,726	3439000
Піддон	2268,05	13750	0,044	0,998	6	2269,048	13756	567261,986	3439000
Стакан	687,3	13750	0,044	0,302	6	687,6024	13756	171900,603	3439000

Визначення норми витрат АБС-пластику

АБС пластику на 1000 шт. виробів:

Н_р^з= К_р^з* m₀, кг/1000 шт.

де К_р^з- витратний коефіцієнт, який дорівнює 1.020

m₀ - чиста маса виробу (за кресленням)

Визначення нормативного витратного коефіцієнту:

К_р^з = Н_р^з / m₀

В діючому виробництві:

К_р1^з = 1,12

Н_р1^з= 1,12 ?400 = 448

Н_р2^з= 1,12 ? 80 = 89,6

Н_р3^з= 1,12 ? 130 =145,6

Н_р4^з=1,12 ? 232 = 259,84

Н_р5^з= 1,12 ? 30 = 33,6

Н_р6^з= 1,12 ? 236 = 264,32

Н_р7^з= 1,12 ? 30 = 33,6

Н_р8^з= 1,12 ? 102 = 114,24

Н_р9^з= 1,12 ? 165 = 184,80

Н_р10^з= 1,12 ? 50 = 56

По проекту:

К_р^пр = 1,02

Н_р1^пр = 1,02 ? 400 = 408

Н_р2^пр = 1,02 ? 80 = 81,6

Н_р3^пр = 1,02 ? 130 = 132,6

Н_р4^пр = 1,02 ? 232= 236,64

Н_р5^пр = 1,02 ? 30 = 30,6

Н_р6^пр = 1,02 ? 236 = 240,72

Н_р7^пр = 1,02 ? 30 = 30,6

Н_р8^пр = 1,02 ? 102 = 104,04

Н_р9^пр = 1,02 ? 165 = 168,3

Н_р10^пр = 1,02 ? 50 = 51

Група складності 1 (перша)

Вагова група - 100 ч 1000 г

Характеристика виробу:

Деталі без арматури, різьби та елементів, що запобігають з'єму форми; з нерозвинутою чи не дуже розвинутою поверхнею.

Визначення відсотку загальних витрат АБС-пластику

К_р = 1 + = 1 + ,

Де А_пов. + А_непов. - загальний відсоток зворотних і беззворотних витрат,

К_р - нормативний витратний коефіцієнт.

В діючому виробництві:

А_пов. + А_непов. = 12%

По проекту:

1,02 = 1 + ; х = (1,02- 1) ? 100 = 2,0%

Визначення загальної маси витрат і технологічних відходів:

Н_р = m₀ + У Д_заг., кг / 1000 шт.,

де Н_р - норма витрат, г;

m₀ - маса одиниці продукції, г.

У Д_заг = Н_р - m₀.

В діючому виробництві:

У Д_заг1 = 448 - 400 = 48 г