V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время с развитием всех видов промышленности происходит и рост производства изделий из пластмасс: все больше и больше предпочтения отдается именно этим материалам вследствие их хороших механических, конструкционных свойств и небольшого веса. Полимерные материалы находят очень широкое приме-нение во всех отраслях современного производства. Например, в автомобильной промышленности, где сегодня в погоне за покупателем большое внимание уделяется не только техническим характеристикам автомобиля, но и внутренней отделке салона, при чем не упускается из виду ни одна мелочь, вплоть до внешнего вида электронных приборов.

Изделия их пластмасс получают различными способами: экструзией, литьем под давлением, формованием, прессованием и т.д.

Однако, литье под давлением - наиболее распространенный и прогрессивный метод переработки пластмасс, так как позволяет получать изделия сравнительно сложной конфигурации при небольших затратах труда и энергии.

Изделия, полученные этим методом могут имеют высокоточные размеры, что очень важно при конструировании из них приборов.

этим способом можно перерабатывать все без исключения термопластичные полимеры и их сополимеры, а также и некоторые термореактивные полимеры, вид и марку которых выбирают в зависимости от назначения изделий, предъявляемых к нему требований, прочности, теплостойкости и других свойств.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 обоснование выбранного метода переработки.

Литье под давлением - наиболее распространенный и прогрессивный метод переработки пластмасс, т.к. Позволяет получать изделия сравнительно сложной конфигурации при небольших затратах труда и энергии.

процесс изготовления деталей основан на заполнении формующей полости формы расплавом с последующим его уплотнением за счет давления и охлаждения. Этим способом можно перерабатывать все без исключения термопластические полимеры, вид и марки которых выбирают в зависимости от назначения изделий прочности, теплостойкости и других свойств.

для литья под давлением обычно используют полимеры с показателем текучести расплава от 2 до 7 г/10мин. Однако, можно перерабатывать полимеры и с меньшей текучестью, но при этом требуется более высокая температура, что не всегда допустимо.

полимеры в условиях литья под давлением имеют заметную сжимаемость, с увеличением давления масса отлитого изделия тоже увеличивается. Усадка при этом уменьшается, а прочность повышается. В этом случае, когда применяется повешенное давление, извлечение изделия из пресс-формы может быть затруднено.

Литье под давлением - периодический процесс, в котором технологические операции выполняются в определенной последовательности по замкнутому циклу. Поэтому, процесс литья под давлением довольно просто автоматизируется с использованием простейших серийных приборов, таких, как реле времени, регуляторы давления и электронные потенциометры, а с помощью датчиков, преобразующих технологические параметры в электрические сигналы, легко может быть переключен на управление с эвм. Это позволяет существенно увеличить эффективность процесса.

Изготовление изделий из полистирола возможно также вакуум-формованием.

Преимущества первого метода переработки:

• Основная технологическая операция имеет одну стадию - литье под давлением, что значительно упрощает получение данных деталей;
• Выбранные детали используются в автомобильной промышленности для конструирования приборов и должны иметь точные размеры. Наибольшая точность размеров достигается только при литье изделий под давлением;
• Литье под давлением является более механизированным методом переработки и, следовательно, норма обслуживания аппаратов больше.

Современные литьевые машины могут работать как в полуавтоматическом (съем готового изделия производится в ручную), так и в автоматическом (съем готового изделия происходит автоматически) режимах. При применении второго вида режима литейщик может обслуживать более двух термопластавтоматов.

в виду рассмотренных выше причин следует, что необходимо использовать метод литья под давлением.

1.2 характеристика сырья

Полистирол - прозрачный жесткий хрупкий аморфный материал. Соответствует формуле [-СН2-С(С6Н5)Н-]n-. Максимальная температура эксплуатации: 75 - 80 ос (отдельные марки работают при температурах до 105 ос). Температура стеклования: 80 - 113 ос. Температура хрупкости: -60 -70 ос. Имеет высокую твердость. При старении наблюдается большое падение прочности. Имеет низкое влагопоглощение.
Характеризуется высокими диэлектрическими свойствами. Радиационно стоек. Не стоек к уф-излучению (устойчивость к уф-излучению повышается при введении специальных добавок).
Устойчив к воде, разбавленным кислотам, щелочам, спиртам. Не стоек к органическим растворителям, техническим маслам.

Промышленное производство полистирола базируется на радикальной полимеризации стирола. Различают 3 основных способа получения полистирола:

• Эмульсионный метод получения полистирола (псэ)

Устаревший метод получения полистирола, не получивший широкого применения в производстве. Эмульсионный полистирол получают в результате полимеризации стирола в водном растворе щелочных веществ при температуре 85-95 °c. Для данного метода требуются: стирол, вода, эмульгатор и инициатор полимеризации. Стирол сначала очищают от ингибиторов: требутил-пирокатехина или гидрохинона. В качестве инициаторов реакции используют водорастворимые соединения, двуокись водорода или персульфат калия. В качестве эмульгаторов используют щелочи (мыло), соли жирных кислот, соли сульфокислот. В реактор с водным раствором касторового масла тщательного перемешивая вводят стирол и инициаторы полимеризации, после чего смесь нагревается до 85-95 °c. Мономер, растворённый в мицелах мыла, начинает полимеризовываться, поступая из капель эмульсии, образуя полимер-мономерные частицы. На стадии 20 % полимеризации мицеллярное мыло расходуется на образование адсорбированных слоёв и далее протекает внутри частиц полимера. Процесс полимеризации заканчивается, когда содержание свободного стирола станет менее 0,5 %.

Далее эмульсия транспортируется из реактора на стадию осаждения с целью снижения остаточного мономера. Для этого эмульсию коагулируют раствором поваренной соли и сушат. В итоге получается порошкообразная масса с размерами частиц до 0,1 мм. Остатки щелочных веществ придаёт полимеру желтоватый оттенок, поскольку полностью устранить посторонние примеси невозможно. Данным методом получается полистирол с наибольшей молекулярной массой.

• Суспензионный метод получения полистирола (псс)

Данный метод получения полистирола является устаревшим и наиболее пригоден для получения и сополимеров стирола, в основном применяется в производстве пенополистирола.

Суспензионный метод полимеризации полистирола производится по периодической схеме в реакторах с мешалкой и теплообменником. Сначала стирол подготавливают, суспендируя его в чистой воде посредством применения стабилизаторов эмульсии (поливинилового спирта, гидроокиси магния, полиметакрилата натрия) и инициаторов полимеризации. Полимеризация производится при постепенном повышении температуры до 130 °с под давлением в результате получается суспензия из которой полистирол выделяют путём центрифугирования. В конце его промывают и сушат.

• Блочный или получаемый в массе (псм)

Современный метод получения полистирола, отличается высокой чистотой полистирола и стабильностью параметров. Данная технология наиболее эффективна и практически безотходна.

Различают две схемы производства полистирола: полной и неполной конверсии. Термическая полимеризацией по непрерывной схеме состоит из системы последовательно соединенных 2-3 колонных аппарата-реактора с мешалками. Полимеризацию проводят поэтапно в среде бензола - сначала при температуре 80-100 °с, а затем стадией 100-220 °с. Реакция заканчивается при степени превращения стирола в полистирол до 80-90 % массы. При методе неполной конверсии степень полимеризации доводят до 50-60 %. Стирол-мономер не прореагировавший удаляют из расплава полистирола вакуумом и понижают содержания остаточного стирола в полистироле до 0,01-0,05 %, его возвращают на полимеризацию.

Наименование показателя	Значение показателя
Плотность (23 с)	1.04 - 1.05 г/см3
Прочность при растяжении (23 ос)	38 - 63 мпа
Модуль упругости при растяжении (23 ос)	2450 - 3500 мпа
Твердость по роквеллу	76
Светопроницаемость	93,7%
Коэффициент преломления	1,59
Модуль гибкости	3200 мпа
Устойчивость на изгиб	100 мпа
Устойчивость на растяжение	50 мпа
Устойчивость на удлинение	3%
Температура размягчения по вика	>98 ос
Температура отклонения	86\98 ос
Тепловой объем	1,8 дж/г к
Коэффициент линейного расширения	8 к-1*10-5
Теплопроводность	0,17 вт/ м к
Максимальная рабочая температура	>280 °C

Таблица 1

Характеристики полистирола

Наименование показателя	Значение показателя
Температура формовки	130-170°с
Температура разложения	80 °C
Ударная вязкость при испытании с надрезом (изод)	10 кдж/м²
Ударная вязкость при испытании с надрезом (харп)	14 кдж/м²

Продолжение табл.1

1.3. Характеристика готовой продукции

детали изготавливаются из полистирола (ПС). Детали изготавливаются в соответствии с требованиями технических условий, согласованных и утвержденных в установленном порядке по технологической документации. Технические условия распространяются на детали из пластмасс, изготавливаемые методом литья под давлением.

Общие требования к внешнему виду пластмассовых деталей:

1. Детали должны иметь поверхность без вздутий, трещин, раковин, недопрессовок.

2. Шероховатость поверхностей деталей, получаемых прессованием или литьем должна быть не ниже 6 по гост 2789-59.

3. Облой и литники с поверхности детали удалены, а острые кромки притуплены.

4. Допускается механическая обработка детали, если ее недопустимость не указана в чертеже, шероховатость обработанной поверхности должна быть не ниже 4 по гост 2189-59.

5. Общий тон цвета деталей должен соответствовать цвету, указанному в ту или гост на материал.

6. На деталях допускаются:

А) следы от выталкивателей и мест удаления литников с утопанием относительно поверхности детали 0,5 мм максимум, но не более половины толщины стенки, на которой расположен литник или выталкиватель. Поверхности, на которых следы от выталкивателей не допускаются, оговариваются чертежом;

Б) отпечатки от пресс-форм, не выводящие деталь из чертежных размеров;

В) разнотонность окраски деталей в пределах цветов, оговоренных в ту на материал;

Г) выцветание красителя при прессовании и изменении цвета после термообработки деталей;

Д) матовость на любой поверхности;

Е) отдельные неметаллические включения общей площадью не более 3% от поверхности детали;

Ж) отдельные включения неокрашенного наполнителя;

З) точечные неметаллические включения, если детали не являются электрическими изоляторами;

И) технологическое клеймение с выступанием маркировочных знаков до 0,3 мм, месторасположение маркировочных знаков указывается в чертеже;

К) незначительные срывы или цифр маркировочных знаков, если при этом не затрудняется их чтение;

Л) незначительные риски от инструмента на любой поверхности детали;

М) местные сколы или срезы пластмассы в местах снятия облоя глубиной 0,5 мм максимум; сколы от сверления, получаемые при выходе сверла в радиальном направлении не более 1/10 диаметра отверстия;

Н) сколы в местах удаления литников, глубиной до 1 мм, но не более 1/3 толщины стенки.

7. На деталях из термопластичных материалов допускаются:

А) незначительные остатки облоя;

Б) местные утяжки глубиной до ¼ толщины стенки, но не более 0,5 мм;

В) следы стыка 2-х потоков материалов (слои) без наличия трещины;

Г) отдельные внутренние пузыри в сумме не более 2% поверхности и точечные включения окисленного материала из прозрачных термопластов;

Д) проверка размеров деталей из пластика, полиэтилена, мягких пенопластов и других эластичных материалов не производить, а периодически контролировать размеры пресс-формы;

1.4. Физико-химические основы технологического процесса

цикл формования изделий из полимерных материалов при литье под давлением можно разделить на три последовательных пе­риода: заполнение формы, выдержка под давлением и выдерж­ка на охлаждение (отверждение - вулканизацию). Совокуп­ность физических и химических процессов, сопровождающих каждый из указанных периодов, определяет динамику их проте­кания и качественные показатели готовых изделий.

1.4.1 Заполнение формы

Заполнение оформляющей полости формы (впрыск расплава) начинается в момент прижатия сопловой части нагревательно­го цилиндра литьевой машины к отверстию центрального лит­ника. Доза расплава из сопловой полости впрыскивается через литник и начинает заполнять оформляющую полость.

При заполнении формы расплавом полимера могут наблю­даться два режима заполнения: струйный и регулярный.

Струйный режим реализуется в основном при литье высоко­вязких материалов - наполненных термопластов и реактопластов, а также резиновых сме­сей при условии, что размеры впускного отверстия из литнико­вого канала в полость формы на­много меньше всех размеров оформляющей полости. Такой режим заполнения характерен для литья толстостенных массив­ных изделий, получаемых мето­дом литьевого и интрузионного формования. Входя­щий через впускной литник в полость материал в форме жгута (струи), не касаясь сра­зу ее стенок, достигает тупико­вой зоны полости. После этого начинается его укладка с воз­никновением точек контакта меж­ду отдельными участками струи,разрушением струи и посте­пенным уплотнением материала до его монолитизации.

Регулярный режим реализуется в основном при литье отно­сительно тонкостенных изделий, когда расстояние между про­тивоположными стенками оформляющей полости оказывается равным или несколько большим размера сечения впускного от­верстия литника. В этом случае при литье как низковязких, так и высоковязких материалов наблюдается по­явление регулярного, фронтального характера заполнения с пе­ременной координатой фронта потока.

При литье термопластов в регулярном режиме при соприкос­новении с холодными стенками формы расплав прилипает к по­верхности полости формы, образуя пленку затвердевшего поли­мера. Заполнение формы происходит за счет деформирования части потока расплава, оставшейся не отвержденной. Полость формы заполняется постепенно в направлении от литника, при этом траектории движения частиц материала практически па­раллельны, за исключением участка входа и формирования фронта потока. При впуске материала в центральную часть по­лости имеет место радиальный характер растекания.

Конфигурация литьевых изделий реального ассортимента, как правило, чрезвычайно сложна. Поэтому отливка одного изделия может осуществляться при различных режимах: струй­ный характер заполнения утолщенных частей оформляющей полости может переходить в регулярный при поступлении рас­плава в тонкостенные места полости и наоборот. Точно так же при заполнении различных частей оформляющей полости ради­альный характер растекания может сменяться линейным и на­оборот.

Технологическими параметрами процесса заполнения формы являются: давление литья на входе в форму рф, температура расплава на входе в форму тл, скорость заполнения v3, время полного заполнения формы ts. Эти параметры зависят от кон­фигурации формуемого изделия, размеров и формы литьевого канала, а также регулируемых параметров технической харак­теристики: давления впрыска (номинального давления литья) рнл, скорости осевого перемещения червяка, температуры фор­мы tw, а также конструкции механизма впрыска.

Номинальное давление литья рнл, реализуемое гидроцилинд­ром впрыска, рассчитывается по уравнению

pнл=(d2п/dч2)×pr (1)

Где dп и d4 - диаметры поршня гидроцилиндра и червяка, соответственно;, рr - давление в гидроцилиндре впрыска.

давление рнл при продвижении расплава в системе нагрева­тельный цилиндр - сопло - литниковый канал - форма служит для преодоления гидравлического сопротивления течению расплава в элементах этой системы. Течение расплава е период заполнения формы приводит к образованию перепадов давления в каждом из элементов системы. Общий перепад дав­ления δробщ равен их сумме:

δробщ = рн - рк = δрц + δрс + δрл + δрф (2)

Где рк - давление в конце полости формы, равное нулю; δрц , δрс , δрл и δрф - потери давления в нагревательном цилиндре, сопле, литнике и форме соответственно.

механизм впрыска литьевой машины в большинстве конст­рукций способен осуществлять заполнение формы в двух регу­лируемых технологических режимах: а) постоянной скорости литья или б) постоянного давления на входе в форму при переменной скорости ее заполнения. Реализация первого или второго технологического режима связана с особенностями функционирования гидропривода впрыска.

Первый технологический режим заполнения формы, соответ­ствующий достижению постоянной скорости литья (заполнения формы), возникает при литье толстостенных изделий. Если со­противление сопла и литниковых каналов движению впрыски­ваемого материала невелико, то давление в гидросистеме ма­шины не достигает установленной величины рт, и скорость заполнения принимают, исходя из производительности гидрона­соса литьевой машины qh.

объемный расход расплава через литник qp (см3/с) равен:

Qp=qнrч2/(c×rп2) (3)

Где г, и rп - радиусы сечения червяка и поршня гидроцилиндра соответствен­но; с - число параллельных литниковых каналов на участке.

Второй технологический режим заполнения формы, соответ­ствующий достижению постоянного давления рф, характерен для литья тонкостенных изделий. Здесь ввиду значительности гидравлического сопротивления литниковых каналов и полости формы движению материала давление в гидросистеме рг воз­растет до установленного значения за время, весьма малое по сравнению с временем протекания процесса заполнения. Посто­янное давление в гидроцилиндре не может компенсировать воз­растающего сопротивления продвижению материала, и скорость течения начинает убывать. Линейная скорость заполнения формы v3 определяется при этом экспериментальным или расчет­ным путем.

На характер течения расплава в полости формы оказывают влияние его вязкостные свойства, зависящие от температуры. Температура расплава повышается при литье реактопластов и резин за счет нагрева от стенок формы и диссипации энергии течения в литниковых каналах и полости формы. Температура расплава термопласта уменьшается при контакте со стенкой формы, имеющей температуру ниже температуры стеклова­ния или

Плавления. Возрастание вяз­кости расплава приводит к увеличению перепада давления, за­трачиваемого на течение в канале формы.

Наличие влаги в материале приводит к снижению вязко­сти расплава и увеличению скорости заполнения формы. Анало­гичным образом сказывается присутствие в расплаве реактопла­стов смазывающих веществ.

1.4.2 Выдержка под давлением.

Как уже отмечалось, процесс заполнения формы сопровождает­ся образованием перепада давления по длине ее полости. Процесс заполнения формы завер­шается лишь тогда, когда расплав достигает наиболее удаленной части формы. Затем следует период нара­стания давления и период спада давления.

после заполнения формы расплавом термопласта происхо­дит его охлаждение, в результате чего увеличивается плотность и уменьшается объем, занимаемый полимером. Вследствие уменьшения объема через литники в форму продолжает поступать дополнительная пор­ция расплава, так как чер­вяк-поршень продолжает оказывать давление на ма­териал в сопловой части, и давление в форме увеличи­вается.

Малая объемная ско­рость течения материала на этой стадии, называемой «подпиткой», вызывает сни­жение перепадов давления по длине формы. Снижение объемного скорости течения в литнике снижает также и перепад давлений и повышает давление на входе в форму. По этой причине происходит втекание новых порций расплава в фор­му, что обеспечивает увеличение плотности расплава.

Во время выдержки под давлением в сопловой части нагревательного (пластикационного) цилиндра также имеет место чрезвычайно медленное по сравнению с операцией впрыска течение. В связи с этим исчезают значительные потери усилия впрыска на перемещение червяка в цилиндре.

следовательно, усилие на червяке-поршне, необходимое для поддержания на входе в форму давления подпитки, оказывается меньшим, чем при впрыске.

При этом отпадает необходимость в приложении полного усилия впрыска и появляется возмож­ность установления на входе в форму давления меньшего, чем на стадии впрыска.

По этой причине в современных конструкциях литьевого обо­рудования предусмотрен так называемый режим со сбросом давления, т.е. Изменение давле­ния в гидроцилиндре механизма впрыска после окончания впрыс­ка и регулирование его в течение выдержки под давлением. Таким образом, давление подпитки (дожатия) - регулируемый технологический параметр этапа вы­держки под давлением. Вторым технологическим параметром является время выдержки под давлением, определяемое време­нем отверждения литника.

1.4.3 Охлаждение

в конце выдержки под давлением изделие имеет требуемую конфигурацию и вследствие наступившей гидравлической изо­ляции формы в дальнейшем сохраняет постоянную массу. Вы­держка на охлаждение изделия из термопласта необходима для окончательного затвердевания полимера и достижения оп­ределенной конструкционной жесткости изделия, исключающей его деформацию при удалении из формы. В процессе охлажде­ния давление в форме по всей длине снижается.

Максимальное давление рmax, развивающееся в оформляю­щей полости, определяет минимально необходимое усилие запирания формы. Превышение распорного усилия, возникающего от давления в форме, над усилием запирания, приводит к рас­крытию формы и вытеканию расплава в облой. Величину рmax, являющуюся первым технологическим параметром этого этапа цикла литья, регулируют посредством изменения давления под­питки и степени нагрева расплава в объеме полости формы к концу выдержки под давлением. Вторым технологическим пара­метром процесса следует считать время выдержки на охлаждение.

при изготовлении изделий методом литья под давлением в полимерах протекают в основном физические процессы, например, переход из одного физического или фазового состояния в другое. К химическим процессам, протекающим при литье под давлением, можно отнести термическую и механическую деструкцию полимеров, обусловленную соответственно высокими температурами и большими сдвиговыми напряжениями, возникающими при течении расплава полимера в рабочих узлах литьевой машины и форме. При обеспечении определённых технологических параметров эти химические процессы могут быть сведены к минимуму или полностью исключены.

в материальном цилиндре червячной литьевой машины при транспортировке материала от бункера к соплу происходит его интенсивное перемешивание, расплавление и прогревание. Червяк может быть условно разделён на три зоны: зону загрузки, зону пластикации и зону дозирования.

в зоне загрузки твёрдые частицы материала захватываются витками червяка и транспортируются вперёд. В зоне пластикации по мере продвижения вдоль цилиндра материал разогревается и размягчается. В зоне дозирования материал находится в полностью расплавленном (вязко-текучем) состоянии. В этой зоне материал стабильно разогревается и приобретает заданную температуру. Процесс формования изделия начинается с момента поступления материала в форму. Термопластичные материалы формуют в охлаждаемых формах, что вызывает охлаждение и усадку материала. В результате охлаждения и усадки материала, а также притока новых порций материала из инжекционного цилиндра происходит изменение давления в форме в период формования. Заполнение формы сопровождается повышением давления. После полного заполнения формы давление в ней продолжает возрастать, материал в форме уплотняется. Охлаждение материала приводит к понижению давления в форме. Давление к моменту раскрытия формы остаётся несколько больше атмосферного. Режим охлаждения расплава в форме влияет на структуру полимера в изделии, на качество изделий и на производительность литьевой машины.

Переработка термопластов литьем под давлением заключается в нагреве материала до размягчения и последующего перехода в вязко-текучее состояние в нагревательном цилиндре, и инжекции его в литьевую форму, где материал приобретает необходимую форму и затвердевает. В каналах литьевой формы циркулирует охлаждающая вода заданной температуры.

Рассмотрим механизм пластикации термопластов в цилиндре литьевой машины. В материальном цилиндре литьевой машины при транспортировке материала от бункера к соплу происходит его перемешивание, расплавление, прогревание. Червяк может быть условно разделен на три зоны: зону загрузки, зону пластикации и зону дозирования.

в зоне загрузки твердые частицы материала захватываются витками червяка транспортируется вперед: коэффициент трения материала о стенки цилиндра должен превышать коэффициент трения материала о червяк. Смешение материала происходит уже в зоне загрузки в результате смешения слоев, производительность зоны зависит от геометрических параметров червяка.

В зоне пластикации по мере продвижения вдоль цилиндра материал разогревается и размягчается. В этой зоне материал плавится и из твердого состояния переходит в вязко-текучее. Здесь материал поначалу состоит из твердых гранул и расплава. При движении вдоль червяка в зоне пластикации твердые частицы смешиваются с расплавом и вовлекаются вместе с ними в винтовое движение. Прежде всего расплавляются материал вблизи толкающей кромки винтовой нарезки червяка. Остальная часть канала остается заполненной гранулированным материалом. В следующих витках зона расплавленного материала в сечении канала увеличивается, повышается его уплотнение.

В зоне пластикации материал находится в полностью вязко-текучем состоянии. В этой зоне материал стабильно разогревается и приобретает заданную температуру. Циркуляция расплава в каналах червяка создает условия для качественного перемешивания.

Суммарный поток материала в зоне дозирования складывается из четырех потоков: основного - вызванного вращением червяка относительно поверхности цилиндра, обратного - возникающего под действием градиента давления, поперечного - возникающего в нормальном сечении канала червяка и обеспечивающего смешение материала, а также потока утечек между гребнями витка червяка и внутренней стенкой цилиндра.

технологический процесс получения изделий методом литья под давлением характеризуется такими стадиями, как поступление сырья, непосредственно получение пластмассовых изделий, зачистка и упаковка готовой продукции, отгрузка готовой продукции.

рассмотрим диаграмму рабочего процесса (см. Рис.1), на которой литьевой цикл разделен на этапы, отличающиеся друг от друга давлением в форме. На начальный участок нулевого давления (от точки 0 до точки 1) - это время, предшествующее началу заполнения формы, в течении которого форма закрывается и литьевая форсунка подводится к литнику формы; участок 1-2 - период впрыска. При заполнении формы давление в ней возрастает до максимального значения (участок 2-3). Участок 3-4 - стадия уплотнения, на которой течение расплава в форму почти полностью прекращается, закрывается форсунка, которая предотвращает обратное течение расплава. Дальнейшее охлаждение приводит к затвердеванию материала в пусковом канале, и после этого никакое течение материала ни в форму, ни из неё оказывается невозможным. Последующее охлаждение расплава сопровождается температурной усадкой и уменьшением давления в форме до момента открытия, отмеченного на диаграмме точкой 6.

Процесс заполнения и охлаждения отформованного изделия оказывает решающее влияние на надмолекулярную структуру, следовательно на прочностные и эксплуатационные характеристики готового изделия.

Температура расплава блочного полистирола,170-250 °С, давление литья 60-150Мпа.

1.5 описание технологической схемы производства.

Технологическая схема производства состоит из следующих операций:

1. Прием сырья на завод в мешках. Входной контроль

2. Транспортирование на склад

3. Транспортирование сырья со склада на участок литья. Подача его в бункер литьевой машины.

4. Формование изделий.

5. Механическая обработка готовых деталей.

6. Контроль продукции и упаковка.

7. Переработка отходов.

Сырье полистирола в мешках транспортируется из вагонов или автопоездов автопогрузчиком ап на заводской склад сырья, где оно укладывается партиями на поддоны, и поддоны устанавливаются один на другой. Сырье в мешках с помощью электрокара эк подается на растарочное устройство РУ. Затем, с помощью шнекового загрузчика полистирол загружается в смеситель см. Дробленый материал от дробилки упаковыввется и отправляется на хранение. В бункер литьевой машины материал загружается с помощью шнекового загрузчика. Затем изделия формуются на литьевой машине. Готовые изделия от позиции лм направляются на механическую обработку к поз. М .механическая обработка состоит в зачистке литников и облоя по линии разъема формы ножом. После этого они подвергаются техническому контролю, упаковываются в технологическую тару, проложенную оберточной бумагой, и межцеховым транспортом перевозятся на конвейер сборки основного изделия.

возвратные отходы от позиции лм, тк и м собираются в контейнер и перевозятся к дробилке д, где перерабатываются и поступают на дальнейшую переработку.

1.6. Нормы технологического режима и контроль производства

Контроль литейщика.

Перед началом и после окончания работы проверить комплектность пресс-формы, отсутствие повреждений на рабочих поверхностях пресс-форм (трещины, забоины, задиры, отслоения хромового покрытия, поломка знаков).

Деталь проверить по калибрам, указанным в ИТК.

Рабочий обязан первую деталь, сборочную единицу, изготовленную по тех. Процессу проверить на соответствие требованиям, выполняемых тех. процессом (внешний вид, геом. размеры и т. д.), и тем самым убедиться в правильности ее изготовления.

При перенастройке оборудования, смене инструмента, ПБС, смене вида работы, проверка 1-й детали, сборочной единицы является обязательной.

Первая деталь, сборочная единица хранится на рабочем месте с карточкой и сдается вместе с последней партией изготовленных деталей в конце каждой рабочей смены.

Контроль мастера.

Перед началом смены мастер должен проверить состояние литьевых машин, наличие материала. Перед запуском в производство литьевой материал любой марки проверить на соответствие его тех. процессу на деталь, наличие на материал паспорта и допуска его в производство.

После чего мастер может расставить рабочих на рабочие места и выдать задание на полную смену.

Перед литьем деталей необходимо проверить наличие калибров, приспособлений и всей технологической оснастки согласно технологии на деталь.

Детали первой отливки проверить согласно чертежу. При проверке пользоваться мерительным инструментом, указанным в ИТК и карте контроля данной детали.

В течении смены проводить контроль соблюдения тех процесса сушки и литья термопластов, соблюдение техники безопасности рабочими при работе на литьевых машинах, периодически проверять качество детали.

Контрольи ОТК призван совместно с технологами цеха обеспечивать соблюдение тех. процесса, что позволяет качественно подготавливать детали.

Необходимо не менее 1-2-х раз в смену проводить контроль соблюдения тех. процесса.

Проверку деталей производить согласно карте контроля на деталь и соответствие детали контрольному образцу. По результатам делается отметка в журнале.

Перемещение

Технические требования:

1. Границы проездов и проходов должны быть четко обозначены. Не допускается, чтобы проезды и проходы в пределах зон, определенных их габаритными линиями, загромождались деталями, заготовками и т.п..

Стоянка транспортных средств на перекрестках проездов дорог и пересечениях с рельсовыми путями запрещается.

2. Во время движения между транспортными средствами необходимо поддерживать установленную дистанцию. Для электрокарных средств не менее 10 метров на горизонтальных участках и 20 м на уклонах.

3. Грузы на платформе располагать таким образом, чтобы они не выступали за края платформы более, чем на 1/3 ее соответствующего размера. Мелкие грузы перевозить в таре, не допуская загрузку ее выше бортов. При транспортировании грузы накрывать брезентом.

4. При поставке транспортного средства под загрузку, разгрузку водитель обязан принять меры, исключающие самопроизвольное движение средства (постановка на ручной тормоз, установка под колеса башмаков.

Запуск в производство материалов

1. Перед запуском в переработку материалы подвергаются входному контролю (ЦЗЛ) по тех. процессу за инвентарным номером 3124 и определению содержания влаги и летучих веществ по т.т.п. 04.93.126.

2. К запуску в производство допускаются материалы, получаемые со склада с сопроводительными документами (сертификат, паспорт), удостоверяющими соответствие материала ГОСТ или ТУ с указанием даты изготовления.

3. Все виды материалов в цехе хранятся в сухом помещении при t не выше 20-250С в закрытой таре с указанием марки материала, ТУ или ГОСТа, № партии и гарантий, срока хранения.

4. На рабочее место материалы подаются с помощью пневмотранспорта в бункер литьевой машины.

5. Количество материала в бункере литьевой машины регистрируется с помощью датчиков уровня в случае недостатка или израсходования материала на рабочем месте сигнал от датчиков уровня идет на табл. НРП.

Таблица 2.

Технологический параметры производства

Наименование	значение
Фланец	30-70 °C
Зона 1	160-220 °C
Зона 2	180-240 °C
Зона 3	210-280 °C
Зона 4	220-280 °C
Зона 5	220-280 °C
Сопло	220-280 °C

Наименование	значение
Температура расплава	220-280 °C
Температура снижения в цилиндре	220 °C
Температура пресс-формы	15-50 °C
Давление впрыска	800-1400 бар
Давление выдержки	30-60% от давления впрыска
Противодавление	50-100 бар
Число оборотов шнека	Макс 1,3 м/сек по линейной скорости
Мин. И макс. Длина хода дозирования	0,5-4,0Д.
Остаточная подушка массы	2-8 мм
Предварительная сушка	Не требуется
Повторная переработка	До 100% размолотого материала
Усадка	0,3-0,6%

Продолжение табл.2

1.7 Виды брака и способы его устранения

Качество литьевых изделий в значительной степени зависит от правильного выбора рабочего режима машины. В большинстве случаев наладка не может производиться без учета взаимного влияния параметров друг на друга. Так, например, если увеличить температуру расплава и не снизить давление литья, то может произойти частичное раскрытие формы, появятся заусенцы. При более высокой температуре расплава происходит медленное отверждение литника и возможно частичное выталкивание материала из формы, что приводит к появлению раковин и утяжек. Поэтому наладку машин осуществляют комплексно.

виды брака и методы его устранения показаны в табл.3

Таблица 3

Основные виды брака при литье под давлением

Вид брака	Причина	В чем выражается
1.Недолив	Недостаток материала, поступающего в литьевую форму, (из-за низкой температуры формы или расплава и, следовательно, пониженной текучести расплава, а также по причине засорения литникового и разводящих каналов).	выражается в неполном оформлении изделия
2.Перелив	возникает при неправильной работе дозирующего устройства, перегреве расплава и литьевой формы, недостаточном усилии смыкания формы.	вызывает образование грата в месте смыкания формы.
3.Стыковые швы	сниженная температура расплава или формы, неудачная конструкция формы, приводящая к охлаждению отдельных потоков расплава до момента их слияния (вследствие чего не происходит полного сваривания), а также недостаточное удельное давление расплава.	видна кривая линия спая отдельных потоков, механическая прочность резко снижена в месте спая.
4.Вздутия	наблюдаются при повышенном содержании летучих веществ, вспучивающих мягкую поверхностную пленку при перегреве расплава,	Вздутия на поверхности и пузыри (пустоты) внутри изделия
5.Усадочные раковины	возникают вследствие повышенной усадки при перегреве массы и недостаточном поступлении расплава (снижено удельное давление расплава или мало сечение впускных каналов)	значительные углубления на поверхности изделий

Окончание табл.3

Вид брака	Причина	В чем выражается
6.Коробление	возникает из-за значительных напряжений внутри изделия, обусловленных большой разностью температур в отдельных частях формы, а также при недостаточной выдержке изделия в литьевой форме	Недостаточная жесткость изделия
7.Трещины	образуются вследствие значительных остаточных напряжений в изделии, а также при его прилипании к стенкам формы	Трещины на поверхности детали
8.Риски, царапины, сколы	возникают при неисправном состоянии оформляющей поверхности формы и неаккуратном обращении с готовыми изделиями	Риски, царапины, сколы
9.«Мороз»	Основная причина их появления - попадание влаги в форму при недостаточной сушке гранулята и дефектов в вентиляции формы	Узоры, напоминающие зимнюю разрисовку оконных стекол
10.Расслоение	наступает при повышенном содержании влаги в литьевом материале и при наличии отвердевших литников, не совмещающихся с основным материалом	Расслоение в виде блесток
11.Разнотонность	объясняется недостаточно одинаковым окрашиванием или разложением красителя из-за его термической нестойкости или перегрева расплава	Неодинаковая поверхностная окраска изделия
12.Размерный брак	наблюдается при чрезмерной усадке или неудачной конструкции литьевой формы	отклонение от номинальных размеров, превышающее установленный допуск

2. РАСЧЕТЫ

2.1 Расчет и выбор основного оборудования

Процесс переработки пластмасс методом литья под давлением осуществляется на серийно выпускаемых промышленностью литьевых машинах, состоящих из двух частей: механизма пластикации - впрыска и механизма запирания формы. Первая часть служит для дозирования материала, его пластикации и впрыска расплава в форму. Вторая часть предназначена для крепления литьевой формы, её перемещения и удержания в сомкнутом состоянии.

Литьевые машины классифицируют следующим образом:

- по объёму отливки (от 2 до 30·103см3);

- по конструкции инжекционного механизма (поршневые, червячно-поршневые, червячные);

- от вида перерабатываемого материала (термопласты, реактопласты);

- по взаимному расположению инжекционных и прессовых частей (угловые, горизонтальные, вертикальные);

- по принципу передачи электроэнергии от электродвигателя к рабочим органам (механические, гидравлические, гидромеханические, пневматические, пневмогидравлические);

- по количеству инжекционных и прессовых частей (одно- и многоцилиндровые);

- по назначению (универсальные и специализированные).

Для производства изделий методом литья под давлением выбираются наиболее эффективные литьевые машины одноцилиндровой конструкции со шнековой пластикацией, в которой шнек совершает вращательные и поступательные движения.

В производстве изделий из термопластов наиболее распространены литьевые машины с гидравлическим приводом из-за ряда преимуществ: они наиболее просты и удобны в эксплуатации; долговечны; легко регулировать основные параметры процесса литья (скорость впрыска, давление литья).

Основным оборудованием для получения изделий из пластмасс литьем под давлением являются термопластавтоматы (литьевые машины), которые выпускаются серийно.

1. Литьевую машину выбирают по расчетному объему впрыска

, см3, (1)

где К - коэффициент, учитывающий сжатие и утечки расплава при его впрыске в форму, К = 1,2÷1,3; Н - навеска материала, необходимая для отливки одной детали, г; n - гнездность формы; ρ - плотность расплава полимера, г/см3.

V = 1.2*318,37*2/1.06 =720,84 см3

Для производства изделий, требующих высокой точности и качества изготовления, можно применять такие марки термоплатавтоматов как: Engel, Krauss Maffei, Demag и другие. По расчетному объему впрыска выбираем для изготовления деталей Krauss Mаffei KM420С-1900 -, с номинальным максимальным объемом впрыска 769 см3 и усилием смыкания формы 4200kH.

2. Выбранную литьевую машину проверяют по усилию запирания формы.

Расчетное усилие запирания формы определяется по формуле:

Р΄зап = Руд ∙ К ∙ β ∙ F ∙ 10-3, т, (2)

где Руд - инжекционное давление в нагревательном цилиндре, кг/см2; К - коэффициент, учитывающий отношение давления в форме к давлению в цилиндре (К = 0,25-0,8); β - коэффициент, учитывающий вязкость расплава в форме (β = 1,0±1,2), F - площадь проекции отливаемой детали на плоскость разъёма формы, см2 (F = 547,2 см2).

Давление литья для ПС Руд = 80 - 140 МПа (800 - 1400 бар). Удельное

давление на расплав полимера, развиваемое литьевой машиной, должно быть выше давления литья. Литьевая машина марки Krauss Mаffei KM420С-1900 развивает давление впрыска - 242 МПа.

Р΄зап = 1200 ∙ 0,5 ∙ 1,2 ∙ 547,2 ∙ 10-3 = 393,984 т.

Исходя из того, что расчетное усилие запирания формы должно быть меньше или равно номинальному усилию запирания формы, можно сделать вывод о том, что выбранная литьевая машина подходит для выпуска данных деталей.

3. По давлению на расплав полимера.

Рекомендуемое давление литья для ПC Р=40-150 МПа. Давление на расплав полимера, развиваемое литьевой машиной, должно быть выше давления литья. Литьевая машина марки , подобранная для изготовления деталей, развивает давление впрыска 242 МПа.

4. По ходу подвижной плиты узла запирания формы.

Расчетный ход подвижной плиты зависит от высоты устанавливаемой формы, которая зависит от высоты отливаемой детали.

Максимальная расчетная высота формы может быть определена по формуле:

max h' ф1 = b/K6, мм

где b - высота (толщина) отливаемой детали, мм; К6 - коэффициент, учитывающий отношение высоты самого глубоко отливаемого изделия к высоте формы.

b = 53 мм.

max h ф1 = 53/1,15 = 46,1мм

Расчетный ход подвижной плиты определяют по формуле:

lк=

где К5 - коэффициент, учитывающий объём отливки.

lk=

Расчетный ход подвижной плиты должен быть меньше номинального хода плиты литьевой машины. Расчетный ход литьевой машины меньше номинального хода этой машины по паспорту, который равен 320 мм, т.е. данная машина, подходит для отливки детали из ПC.

2.2 Основные параметры литьевой машины

Таблица 4

Параметр	Значение
Узел смыкания
Усилие смыкания	4200кН
Расстояние между колоннами	800Х800 мм
Ход / усилие раскрытия	1020 мм / 250 кН
Ход / усилие толкателей	250 мм / 95 кН
Узел впрыска
Диаметр шнека	60
Теор. объем впрыска	769 см3
Отношение L/D	23
Макс. скорость вращения шнека	349 мин-1
усилие прижима сопла	82 кН
Скорость впрыска	387 см3/с
Двигатель
Мощность	75 кВт
Габариты и вес
Вес нетто	22000 кг
Длина х Ширина х Высота	6.83 x 2.33 x 2.48 м

3. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

3.1. Анализ условий труда в проектируемом участке

Производственная окружающая среда оказывает существенное влияние на самочувствие, работоспособность человека и производительность его труда.

«Среда характеризуется: температурой воздуха (оптимальная в производственных помещениях 17-230С в холодный и переходный периоды года, 20-250С в теплый период года); относительной влажностью (оптимальная влажность при указанной температуре 40-60%); скоростью движения воздуха (оптимальная 0,2-0,4 м/с); барометрическим давлением (нормальное - 101,3 кПа); тепловым излучением от нагретых предметов и людей» [12].

Одна из основных причин неудовлетворительных условий труда на предприятиях по переработке пластмасс - загрязнение производственной окружающей среды, точнее - рабочей зоны (пространства высотой до двух метров над уровнем пола, где стоит рабочий) газообразными токсическими продуктами. ГОСТ 12.1.005-76 «ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования» определяет ПДК вредных веществ, выделяющихся при переработке пластмасс.

На участке по производству деталей методом литья под давлением основными производственными рабочими являются литейщики пластмасс. На своем рабочем месте литейщики подвергаются опасным и вредным производственным факторам, которые по природе действия подразделяются на следующие группы: физические, химические.

Химически опасные и вредные факторы подразделяются на токсические и раздражающие, проникающие в организм человека через органы дыхания.

Перерабатываемым материалом в цехе является полистирол. Композиции полистирола при нормальных условиях не оказывают вредного влияния на организм человека, нетоксичны.

«К физически опасным и вредным производственным факторам следует отнести: движущийся производственный транспорт (электрокары, тележки) и подвижные механизмы (кран-балка); подвижные части литьевой машины (раскрытие и закрытие пресс-формы, движущие части приводалитьевой машины); повышенная температура поверхности основного оборудования (материальный цилиндр, пресс-форма); недостаточная освещенность рабочей зоны».

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся: световой поток, сила света, яркость, коэффициент отражения.

К качественным показателям относятся: фон, контраст объекта с фоном, показатель ослепленности, коэффициенты пульсации освещенности.

К производственному освещению предъявляются следующие требования:

- соответствие освещенности на рабочем месте зрительным условиям труда согласно гигиеническим нормам;

- равномерное распределение яркости на рабочем месте;

- отсутствие на рабочей поверхности резких теней, что приводит к повышению утомляемости;

- отсутствие в поле зрения прямой и отраженной блескости, вызывающей нарушение зрительных функций (ослепленность);

- постоянство величины освещенности во времени. Колебания освещенности вызывают переадантацию глаза и ведут к значительному утомлению.

По конструктивному исполнению искусственное освещение бывает двух видов - общее и комбинированное. Общее освещение подразделяется на общее равномерное освещение, с равномерным распределением светового потока без учета расположения оборудования и общее локализованное освещение, когда световой поток распределяется с учетом расположения рабочих мест. Комбинированное освещение включает в себя общее и местное, концентрирующие световой поток непосредственно на рабочем месте.

3.2. Обеспечение безопасности при работе на литьевых машинах

К специфическим работам, выполненным литейщиком пластмассы, относятся протирка и смазка формы, очистка горячего сопла, контроль утечки масла из системы, проверка исправности крепления шлангов системы термостатирования и защитных ограждений.

Наибольшая опасность в этих случаях представляют ожоги и попадания рук между полуформами. Поэтому литейщик обязан протирать и смазывать форму только при полностью открытой дверце ограждения, очищать мундштук (сопло) только при отключенном обогреве. Во всех случаях при включённой машине запрещено протягивать руки в зону смыкания через проём сброса изделия. При застревании изделия в форме необходимо выключить машину и только тогда извлекать застрявшее изделие при помощи крючка и выколотки.

При автоматической работе машины нужно следить за удалением отливок из формы, в случае задержки изделия - выключить машину и удалить его.

Для того чтобы обеспечить полную безопасность работы, литьевые машины снабжаются блокировочными устройствами, ограждениями опасных мест и надписями, предупреждающими об опасности.

При переработке полимерных материалов литьём под давлением выделяется, особенно при нарушении режима работы, большое количество летучих продуктов реакций или разложения (деструкции материала), которые не только вредны для здоровья, но и могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси.

Для улучшения условий труда участки, а также оборудование, дающее тепловые излучения и повышенные концентрации пыли и газов, должны быть обеспечены общей и местной приточно-вытяжной вентиляцией.

Средствами защиты являются спецодежда ГОСТ 12.4.103-83, защитные очки ГОСТ 12.4.013-85, перчатки резиновые промышленного назначения.

В случае необходимости предусмотрено использование респираторов, противогазов.

На участке переработки термопластов, все помещения должны содержаться в чистоте. В конце смены необходимо убрать рабочее место, один раз в неделю очищать оборудование от масла и пыли.

3.3. Отходы и выбросы производства и их утилизация

ПС не токсичен и при нормальных условиях переработки не оказывает вредного влияния на организм человека. При температуре разложения (300-3200C) ПС выделяет газы (табл. 4.1), которые удаляются с помощью приточно-вытяжной вентиляции. Вредные вещества, удаляемые системами вытяжной вентиляции, направляются, на установки обезвреживания или рассеиваются в атмосфере. Для этого выходные трубы снабжаются специальными насадками, что увеличивает эффект рассеивания. Рассеивание вредностей в атмосфере является наиболее простым и дешевым способом зашиты окружающей среды. Однако его можно использовать лишь в том случае, если расчетами будет доказано, что содержание выбрасываемых вредностей приземном слое совместно с существующем фоном не превышает допустимого по санитарным нормам.

При переработке полистиролов в присутствии воздуха и при повышенной температуре проходят процессы термической и термоокислительной деструкции полимеров. Деструкция обусловлена реакциями отрыва, замещения, диссоциации. Элементарные реакции могут протекать последовательно и параллельно. В зависимости от условий какие-то реакции могут оказаться преобладающими и будут определять механизм процесса в целом. При переработке полистиролов (общего назначения, ударопрочного и вспенивающегося) в интервале температур 180 - 350 °C выделяются такие вещества, как стирол, ароматические углеводороды (бензол, этилбензол, толуол, изопропилбензол, пропилбензол, альфа-метилстирол), дибутилфталат, формальдегид, окись углерода; при переработке пенополистирола дополнительно - бензальдегид и изопентан.

Из перечисленных веществ к продуктам деструкции относятся бензальдегид, формальдегид, окись углерода. Остальные являются примесями товарного стирола или участвуют в процессе синтеза полистиролов (стирол, дибутилфталат).

Среди большого числа веществ, выделяющихся при переработке полистиролов в изделия, основными являются стирол (ПДК = 5 мг/куб. м), бензол (ПДК = 5 мг/куб. м), формальдегид (ПДК = 0,5 мг/куб. м), бензальдегид (ПДК = 5 мг/куб. м), дибутилфталат (ПДК = 0,5 мг/куб. м), окись углерода (ПДК = 20 мг/куб. м), изопентан (ПДК = 300 мг/куб. м), толуол, этилбензол, изопропилбензол (50 мг/куб. м).

Воздух, удаляемый от пылящего оборудования (при растаривании) перед выбросом в атмосферу подвергается очистке, при этом концентрация пыли в воздухе не должна превышать допустимую по санитарным нормам».

Контроль состояния воздушной среды проводят с учетом требований ГОСТ 12.1.005-88. При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия сумма отношения фактических концентраций каждого из них и их ПДК не должна превышать единицы.

Для устранения причин загрязнения атмосферного воздуха на участке необходимо вести ежегодный контроль эффективности работы УОГ (устройство очистки газов). Составлять акты технических осмотров УОГ, ввести журнал периодического учета.

Утилизация отходов заключается в использовании этих отходов в качестве наполнителя при изготовлении неответственных изделий, что открывает неограниченные возможности для оздоровления окружающей среды.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для поведения анализа в среде Moldflow берем изделие «Крышка». Материал для изготовления изделия - полистирол марки ПС-ЛТ-12.

Анализ выполнялся с помощью программных продуктов ряда Autodesk Moldflow Insight 2012 sp2.

Цель анализа: анализ проливаемости изделия и выявление коробления изделия, линий спая на лицевой поверхности, усадки. Основной материал - полистирол марки ПСС-500-046. Данной марки нет в базе данных Moldflow, поэтому для проведения анализа был выбран аналог 2500 фирмы NOVA Chemicals, который имеет похожие технологические свойства и требования при переработке.

4.1 Анализ впрыска.

Модель детали для анализа строилась в программе Moldflow по средней линии в соответствии с чертежом. В ходе анализа определялось наилучшее расположение места впрыска путем проверки проливаемости на моделях с различной литниковой системой. Были подготовлены модели с несколькими вариантами точек впрыска(приложение 1).

Анализ впрыска и коробления проводился при условии идеального охлаждения матрицы и пуансона, при этом температура матрицы и пуансона принимается одинаковой.

Основные технологические параметры переработки определялись следующим образом: оптимальная скорость впрыска определялась на модели изделия без литника, а далее корректировалась для изделия с литником; температура расплава и формы соответствуют средним значениям рекомендуемого диапазона переработки материала.

Наилучшее место впрыска можно определять по многим критериям, но в данном случае определим его по четырем показателям: времени проливаемости детали, короблению, линиям сварки потоков и температуре фронта расплава. Максимальная температура фронта расплава во всех вариантах практически одинакова, но по однородности температуры предпочтительнее вариант №4 (приложение 2). Линии сварки потоков присутствуют на всех деталях, однако меньшее их количество и меньшие по значению у варианта №2 и 4(приложение 4). Таким образом, основная причина образования видимой линии спая на боковых поверхностях детали - расположение места впрыска. Изменение режимов литья картины заполнения не меняет.

Что касается проливаемости, то у второго варианта впрыска он наименьший и составляет 1,721 с, у варианта №4 2,031. Коробления детали по результатам анализа избежать не удалось, но наименьшее его значение - 1,043 мм (№4 приложение 5). Учитывая, что факторы анализа не равнозначны между собой по важности, следует отметить что можно пренебречь временем проливаемости, но выиграть в короблении. Таблица коробления приведена ниже.

Зная требования к данной детали (качество), лучшим вариантом будет впрыск №4, обеспечивающий наименьшее коробление. Данная точка впрыска так же обеспечивает простоту конструкции формы и литниковой системы.

Таблица 5

Значение коробления детали в разных местах впрыска

№ впрыска	Максимальные значения коробления
	X	Y	Z	Общее
1	0,3008	1,041	0.5697	1,100
2	0,3670	0,9310	0,5949	1,044
3	0,3850	0,9761	0,5733	1,104
4	0,3306	0,9493	0,5930	1,043
5	0,2801	1,092	0,5890	1,133

После определения места впрыска, строим литниковую систему. Для этого рассчитаем нужные параметры.

Традиционная литниковая система многогнездных форм состоит из трех элементов: центрального литникового канала, разводящих каналов и впускных литников. Диаметр центрального литникового канала на входе определим по номограмме рис. 13 [2]. Так как масса детали составляет 310 грамма, то d1=6,0 мм. По таблице из того же пособия определим больший диаметр центрального литникового канала d2, который равен 10.2 мм, а максимально допустимая его длина равна 80 мм. Рекомендуемый угол конуса α=3º.

Разводящие каналы соединяют оформляющие полости с центральным литником. Длина разводящих каналов будет выбираться при построении литниковой системы в Moldflow. Так как разводящих каналов два, то размеры каналов определим по эмпирической формуле [2]:

Sр.к.<Sр.к.пр./nр.к.

где Sр.к. - сечение рассчитываемого разводящего канала;

Sр.к.пр. - сечение предыдущего канала

nр.к - количество разводящих каналов

Сечение разводящих каналов - 40,7 мм2. Отсюда диаметр разводящих каналов перед впускными - 3,6 мм.

При литье термопластов наиболее распространены впускные каналы с круглым или прямоугольным поперечным сечением. После всех расчетов можно приступать к построению литниковой системы. Литниковая система будет состоять из одного центрального канала и двух разводящих с двумя впускными каналами, через которые будет впрыскиваться материал в оба гнезда формы. Построим в Moldflow литниковую систему, использую параметры литников, вычисленные в предыдущем пункте. Двугнездная форма с литниковой системой будет иметь вид (рис 2):

Рис. 2. Общий вид с литниковой системой

Данная литниковая система является сбалансированной, холодноканальной. Давление инжекции при впрыске можно иллюстрировать следующим графиком:

Рис. 3. График давления инжекции при впрыске.

Скорость заполнения детали равномерная на соответствующих участках.

4.2 Анализ с литниковой системой.

Анализ проводился при максимальном давлении впрыска 1800Мпа, максимальное усилие смыкания машины 7000 тонн, температура пресс-формы 49 °C, температура расплава 221 °C.

Коробление, после построения литниковой системы, уменьшилось и составило 0,9528мм.

Рис. 4. Результат анализа коробления.

Время проливки составило 2.049 с.

Рис. 5. Анализ времени проливания детали

Температура фронта расплава довольно однородна

Рис. 6. Анализ температуры фронта расплава.

Рис. 7. Анализ линий сварки потоков

4.3. Выводы.

Выполненные анализы позволяют сделать следующие выводы:

Реализованная на существующей форме конструкция литниковой системы (двугнездная форма с торцевым расположением впускного литника) приемлема с точки зрения равномерности заполнения полости при впрыске и последующего уплотнения расплава при выдержке под давлением. Заполнение идет одним потоком: прямым. Линия спая образуется в отверстиях. Приемлемые размеры впускного литника не приводят к большим потерям давления на впуске и повышенным напряжениям сдвига для материала на протяжении всего времени впрыска. Таким образом параметры литниковой системы и режим литья под давлением подходят для отливки детали.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе рассматривалось технология производства кронштейна из полистирола методом литья под давлением. В качестве основного оборудования была подобрана литьевая машина Krauss Mаffei KM420С-1900 -, с номинальным максимальным объемом впрыска 769 см3 и усилием смыкания формы 4200kH.

Была разработана и проанализироана модель на базе программы MoldFlow. Предусмотрен процесс вторичной переработки отходов во вторичный материал и использование его в производстве, мероприятия по охране труда, рассмотрены способы обезвреживания загрязненных воздуха и воды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бихлер М. Параметры процесса литья под давлением. Анализ и оптимизация/М: demag plastservice, 2001 129c.

2. Бихлер М. Детали из пластмасс, отливать без дефектов. /ГмбХ: demag plastservice, 2001 59c.

3. Бихлер М. Литье под давлением: коротко и ясно/Нижний Новгород: НПП "Симплекс" , 2000 74c.

4. Малкин А.Я., Вольфсон С.А., Кулезнев В.Н. Полистирол. Физико-химические основы получения и переработки./М:Химия, 1975 - 288 с.

5. Ложечко Ю. П. Литье под давлением термопластов/СПб: Профессия, 2010 - 224 с.

6. Алпатова О.А. Технология пластмасс/Содержание Павлодарский государственный университет им. С.Торайгырова, 2006

7. Бортников В. Г. Основы технологии переработки пластических масс. Учебное пособие для вузов.- Л.: Химия, 1983 - 210 с.

8. В. К. Завгородний, Э. Л. Калинчев, Е. Г. Махаринский. Оборудование предприятий по переработке пластмасс / Изд. «Химия», Л.,1972, С. 318-319

9. Оленев В. А., Мордкович Е. Н. Проектирование производств по переработке пластических масс- М.: Химия, 1982 - 256 с.

10. А. Швецов, Д.У. Алимова, М.Д. Барышникова/ Технология переработки пластических масс. - М.: химия, 1988. - 511 с.

11. Задачи и функции службы технического контроля на предприятии/http://www.kycherova.ru/zadachi_funk_slug/index.html

12. Литье пластмасс под давлением: Основы технологии/http://www.cosmos-russia.ru/basic_pages/polez_sovety.html

13. Методические указания к выполнению курсового и дипломного проектов по теме «Проектирование производств по переработке пластмасс методом литья под давлением» / сост. : З. А. Кудрявцева, Ю. Т. Панов ; Владим. гос. техн. ун-т. - Владимир, 1996. - С. 15 - 20.

14. Каталог на ТПА серии EM 30-180 тонн (англ.)/ http://www.battenfeld.ru/fileadmin/templates/docs/imm/em30-180_en.pdf

15. Панов Ю. Т., Уткин А. В. Проектирование литьевых и прессовых форм. Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Расчет и конструирование изделий и форм»/Владимирский государственный университет. Владимир, 1998. 28 с.

16. Торнер Р. В. Оборудование заводов по переработке пластмасс-М.: Химия, 1986 - 464 с.

17. Техника безопасности при переработке термопластичных древесно-полимерных композиционных материалов/ http://www.dpk-deck.ru/page/tech-bezopasnosti.html

18.      Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны

19. Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.689-98. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Выбранные точки впрыска.

1.

2.

3.

4.

5.

Приложение 2

Температура фронта расплава.

Приложение 3

Коробление

Приложение 4.

Линии сварки потоков.

Приложение 5

Скорость впрыска.

Приложение 6.

Трехмерная модель детали, выполненная в программе Компас 3D

Приложение 7

Литьевая машина Krauss Mаffei KM420С-1900

Код для цитирования: Скопировать