XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

ВВЕДЕНИЕ

Технология переработки полимеров — это область науки и техники, изучающая процессы, предлагаемые для получения изделий из пластических масс или улучшения свойств полимеров.

В настоящее время уровень мировой экономики и экономики отдельных стран всё в большей мере зависит от уровня развития производства и применения полимерных материалов. Потребность самых различных отраслей промышленного производства в пластических массах, полуфабрикатов и изделиях из них, непрерывно возрастает.

Поэтому их производство составляет ежегодно несколько миллионов тонн и продолжает увеличиваться. Увеличение выпуска пластических масс и их внедрение практически во все отрасли народного хозяйства обусловлено высокой экономической эффективностью, высвобождением традиционных материалов, снижением трудоемкости изготовления продукции, ускорением темпов научно-технического прогресса.

Разработка и производство изделий из пластмасс — одно из трех базовых направлений деятельности нашего предприятия.

изделия для верхнего строения ж/д путей (втулки изолирующие, прокладки упругие, детали изостыковой, стрелочной изоляции, фундаментных угольников и т. д.);

комплектующие всех типоразмеров аккумуляторных стартерных батарей (моноблоки, крышки, ручки, пробки и т. д.);

высокоэластичные муфты;

корпусные детали приборов и бытовой техники;

изделия электротехнического назначения;

различные изделия машиностроительного и бытового назначения.

Располагая штатом квалифицированных сотрудников и большим парком современного оборудования (термопластавтоматы с объемом впрыска от 60 до 5000 г.), мы изготавливаем полимерные изделия, отвечающие самым жестким требованиям к качеству. Ориентируясь на долгосрочные партнерские отношения, мы готовы предложить наиболее выгодные условия сотрудничества и уверенность в соблюдении сроков и качества.

Предоставляя образец, чертеж или эскиз детали, заказчик в итоге совместной работы получает готовое к эксплуатации или дальнейшей сборке изделие. Предприятие берет на себя все вопросы подготовки производства к выпуску новых изделий, включая: промышленный дизайн, проектирование и изготовление оснастки, отработку технологии и подбор материала, получение необходимого количества изделий, проведение испытаний. Если же заказчик располагает своими прессформами, то ему могут предложить не только изготовление изделий, но также качественное плановое бережное обслуживание и ремонт этой оснастки.

По согласованной документации наши специалисты с использованием современных САПР спроектируют необходимую оснастку: прессформы, калибры, проверочные кондуктора, приспособления для проведения различных испытаний.

Изготовление оснастки, плановый и оперативный ремонт осуществляет инструментально-механический цех нашего предприятия.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Характеристика готовой продукции

Мало кто из нас, как потребитель услуг железнодорожного транспорта, задумывается над тем, чем обеспечен тот сервис, который мы получаем при езде в поезде, или ожидая доставки груза по железной дороге. А о таком понятии, как "стрелочная изоляция", многие даже и не слышали. Оплатив стоимость билета до выбранного нами конечного пункта, мы полностью полагаемся на ответственных за безопасность маршрута.

"Стрелочная изоляция" очень широко внедряется в технологические конструкции железнодорожного полотна. Кроме этого еще и применяется для электрической изоляции шпал. Для того чтобы путь был безопасным, все перевозимые по железной дороге грузы доставлялись в целости и сохранности, "стрелочную изоляцию" еще используют в роли амортизаторов под металлические подошвы рельс.

Детали стрелочной изоляции используются практически во всех видах стрелочных переводов и полностью обеспечивают работу устройств автоблокировки и электрической централизации. Стрелочная изоляция применяется как при текущих ремонтах железнодорожного полотна, так и при прокладывании новых магистралей.

Основное назначение деталей изоляции соединений и пересечений железнодорожного пути - изоляция рельсовых цепей одного блок-участка от другого. Ассортимент продукции разнообразен – это втулки, шайбы, шайба-втулка и прокладки.

Обоснование выбора сырья

Полимерный композиционный материал на основе полиамид 6, модифицированный олефиновыми полимерами и эластомерами. Отличается повышенной эластичностью и ударопрочностью, в том числе и при низких температурах (до -60С). Характеризуется стойкостью к погодным условиям, растрескиванию и короблению при перепадах температуры и влажности, а также пониженным водопоглащением и повышенной светостойкостью.

Гроднамид ударопрочный ПА6-Л-У1П отличается стойкостью к знакопеременным нагрузкам, что достигается введением специальных добавок – модификаторов ударной вязкости. Характеризуется повышенным показателем относительное удлинение при разрыве, повышенной эластичностью, упругостью, стойкостью к знакопеременным нагрузкам и многократным изгибам, пониженным водопоглощением и повышенной светостойкостью.

Гроднамид ударопрочный ПА6-Л-У1П применяется в автомобильной индустрии при производстве оснований замков, кнопок для крепления облицовки салона, а также при производстве колес для мебели, деталей спортивного инвентаря, зажимов, хомутов, уплотняющих и прокладочных деталей. Может выпускаться окрашенным в массе.

Характеристика выбранного сырья

Гроднамид – синтетический материал, разрабатываемый белорусской ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно Азот». Полиамидные композиции производятся на основе ПА6 и имеет ярко выраженные антифрикционные, диэлектрические, ударопрочные, водостойкие, морозостойкие или прочностные характеристики. Гроднамид – торговое наименование целой серии полиамидных пластиков.

Новая марка имеет декоративный внешний вид, улучшенную текучесть, название свое она получила в честь предприятия, на котором производится. В качестве добавок используется стекловолокно, пластифицирующие антиадгезионные добавки, минералы, антипирены и другие вещества, которые дополняют материал в зависимости от того, каких свойств необходимо добиться. Материал может иметь разный цвет по желанию заказчика. Характеристика "Полиамид ПА6-Л-У1 (неокрашенный)» представлена в таблице.

Характеристики "Полиамид ПА6-Л-У1 (неокрашенный)

Показатель	Значение
Цвет	По заказу покупателя  окрашенный в массе
Температура плавления, оС	217
Относительное удлинение при разрыве, %	85
Температура изгиба под нагрузкой 1,80 МПа, С	55-60
Изгибающие напряжение, МПа	55
Показатель текучести расплава, г/10 мин	22-30
Прочность при растяжении, Мпа	52
Усадка при литье, %(60*60*2мм)	1,2-2,0
Диэлектрическая проницаемость (1МГц)	3-4
Водопоглощение, % (24ч/23 оС)	1,4
Температура изгиба под нагрузкой 0,45 МПа, С	135-145

Обоснование выбора метода переработки

Основными методами переработки полимерных материалов в изделия являются: экструзия, литьё под давлением, прессование, пневмоформование, вакуумформование, каландрование и др.

Достаточно большое количество пластиковой продукции бытового, технического и медицинского назначение выпускается из термопластов. Обусловлено это тем, что термопласты имеют хорошую химическую стойкость, экономически выгодны, по сравнению с более дорогим металлом. Из термопластов можно изготавливать продукцию различной формы, размеров, цвета, при этом не теряя физико-механических свойств для эксплуатации в различной промышленности.

Выбор того или иного метода переработки пластмасс в изделия зависит прежде всего от сложности конструкции самого изделия, выбора полимерного материала из которого оно будет изготавливаться и экономической целесообразностью.

Рассмотрим основные методы переработки полимерных материалов в изделия.

Экструзия – метод формования в экструдере изделий или полуфабрикатов неограниченной длины продавливанием расплава полимера через формующую головку с каналами необходимого профиля. Для этого используют шнековые, или червячные экструдеры. Производство различных видов изделий методом экструзии осуществляется путем подготовки расплава в экструдере и придания экструдату той или иной формы посредством продавливания его через формующие головки соответствующей конструкции с последующими охлаждением, калиброванием и т. д.

Наиболее распространенными изделиями, получаемыми методом экструзии, являются пленки, листы, трубы, профили различного сечения и конфигурации, сетки.

Преимуществом данного метода является: производство погонажных, крупногабаритных (длинных) изделий большого объёма при малых затратах на производство.

Недостатком данного метода является: ограниченный ассортимент изделий, неравномерную усадку при остывании, что в свою очередь не позволяет изготавливать изделия конструкционного назначения с высокой точностью геометрических параметров.

Литьё под давлением – осуществляется или в режиме интрузии, или в инжекционном режиме. При интрузионном режиме расплав постепенно подается в форму вращающимся шнеком до заполнения ее на 70…80 %, а затем оставшаяся часть дозы впрыскивается в форму за счет поступательного движения шнека При инжекционном режиме вращение шнека ведется только в период набора дозы материала и его пластикации в инжекционном цилиндре литьевой машины, а подача расплава в форму осуществляется только за счет поступательного движения шнека Режим интрузии используется при изготовлении крупногабаритных толстостенных изделий, а инжекционный процесс получил более широкое распространение. Для литья под давлением используются в основном гранулированные термопласты (реже – порошкообразные) с показателем текучести расплава от 2 до 30 г/10 мин. Перед литьем под давлением необходимо удалить из материала избыток влаги и летучих, так как их присутствие в расплаве приводит к образованию пор в готовом изделии и трещин на его поверхности. При переработке полимеров, имеющих склонности к гидролитической деструкции (полиамиды, полиэфиры), даже следы влаги приводят к снижению молекулярной массы, а следовательно и эксплуатационных показателей изделий.

Преимуществом данного метода является: производство изделий различной геометрической формы, по заданным параметрам, полная автоматизация производства, высокая производительность, а также возможностью выпускать изделия конструкционного назначения с высокой точностью размеров самого изделия.

Недостатком данного метода является: дорогое оборудование, ограничение по размерности выпускаемого изделия, сложность формования изделия.

Пневмо - и вакуумформование - это процесс формования изделия из листового полимерного материала, переведенного нагревом в высокоэластическое состояние и придание требуемой конфигурации за счет разности давлений под и над листовой заготовкой, создаваемой сжатым воздухом или вакуумом.

Это относительно дешевый способ получения крупногабаритных изделий таких как: ванны, корпуса, упаковка для пищевых продуктов.

Преимущество данного метода: малая стоимость и металлоемкость оборудования, хорошо поддается автоматизации.

Недостатками метода являются: низкая производительность из-за продолжительности цикла формования; сложность нагрева, формования и обрезки листов свыше 3 мм; большое количество отходов до 40%.

В данном случае более подходящим методом переработки полимеров для прокладок верхнего строения ЖД путей из полиамида является литьё под давлением, так как прокладка верхнего строения ЖД путей должна иметь точные размеры, что не позволяет ее получить любым другим методом.

Физико-химические основы технологического процесса

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 (вязкотекучем) 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.

Эта высокопроизводительная литьевая машина оборудована шнеком горизонтального типа, полностью автоматизированной гидравлической системой, а ее управляющее устройство снабжено микрокомпьютерами; гидравлическая система разработана с максимальной эффективностью использования энергии, а систематические усовершенствования машины, например, повышение безопасности работы операторов, улучшение условий работы, реализуемое за счет низких уровней шумов и т.д., сочетаются с основным ее назначением - эффективным производством высококачественной продукции.

Ацидолиз – это деструкция полиамидов под воздействием карбоновых кислот, протекающая с образованием более низкомолекулярных продуктов:

Амонолиз – это деструкция полиамидов, протекающая, в частности, при нагревании с гексаметилендиамином:

Описание технологической схемы производства

Технологический процесс производства прокладок для верхнего строения ЖД путей из полиамида методом литья под давлением состоит из следующих основных стадий:

1) Хранение и транспортировка сырья в цех

2) Сушка материала

2) Литье под давлением на термопластавтомате

3) Контроль качества

4) Упаковка готовой продукции

Полиамид ПА6-ЛУ-1 поступает на склад сырья в мешках. Со склада сырья электропогрузчик (поз. ЭП1) увозит мешки с гранулятом на их растаривание к (поз. Р). После растаривания гранулят попадает в бункер-сушилку (поз. БС) с помощью вакуумного загрузчика (поз. ВЗ1), оттуда с помощью вакуумного загрузчика (поз. ВЗ2) поступает в бункер литьевой машины, где происходит процесс формования изделия литьем под давлением. После того как готовые изделия сбросилось толкателями с прессформы они оправляются в отдел механической обработки к (поз. МО), далее изделия поступают на контроль к (поз. ОТК). Далее изделия проходят упаковку (поз. УП). Бракованные изделия отправляются на дробление (поз. Д) и дальнейшую продажу дробленого материала. Фасованные коробки с помощью электропогрузчика (поз. ЭП2) отправляются на склад на склад готовой продукции (поз. СГП).

Нормы технологического режима и контроль производства

Существуют следующие виды контроля: входной контроль на материал, операционный контроль (контроль детали), окончательный контроль (выписываются документы на готовность детали). Контроль качества проектирования изготовления технологической оснастки. Контролируемые размеры, методы контроля и порядок проверки испытания детали устанавливается техпроцессом. Контроль внешнего вида детали производиться осмотром не вооруженным глазом при нормальном естественном или искусственном освещении. Проверку размеров детали производят не раньше, чем через 82 часа после их изготовления, а испытания на соответствие требованиям, технической документации не раньше, чем 48 часов. При предъявлении детали на контроль ОТК изготовитель обязан поставить дату, смену, время изготовления детали в наряде - извещения на приемку деталей с участка литья. Контроль со стороны рабочего при литье детали осуществляется за режимом изготовления детали (температурой, давлением) и качеством готовых деталей в соответствии с требованием данной инструкции и тех. документами на изготовление. Приемный контроль детали по внешнему виду и размерам осуществляется контролерами ОТК. Так же в функции контролеров ОТК входит проверка сырья, поступающего на участок, контроль качества продукции на всех стадиях технического процесса, прием готовой продукции. Основная документация используется при контроле производственные инструкции, технологический процесс, стандарты. Результаты приемки детали оформляются документацией (паспорт, журнал приемки деталей).

Контроль производства

Наимено-вание стадии процесса	Контролиру-емый параметр	Частота и способ контроля	Нормы и техноло-гические показате-ли	Методы испытания и средства контроля	Кто контроли-рует
1. Тр-ние и дозирова-ние	Масса	В начале смены	48 мешков	Количественно	Транспортировщик
2. Сушка	Температура Время Влажность Число оборотов	Каждая партия изделия	80-100оС 4часа 0,1% 1500	Эл.потенц.КСП-3 Часы Влагомер ЭВК-6 Кнопочный включатель	Сушильщик Электрик
3. Литьё	Температура по зонам I II III Т-ра сопла Давление литья Т-ра формы Время выдерж. Давление рабочей ж-ти Расход воды на охлаждение пресс-формы Расход воды на охлаждение масла	Каждая партия изделия 1раз в смену Каждая партия изделия	170-190 190-210 210-225 225 80 60 38,8 25 0,06м3 0,4м3 1500	Многоточеч-ный самопишущий потенциометр Вторичный прибор ПВ4.2П Передающий преобразова-тель расхода воды 13ДД11 Кнопочный включатель	Литейщик Слесарь Электрик

Продолжение таблицы 3

Наименова-ние стадии процесса	Контроли-руемый параметр	Частота и способ контроля	Нормы и технологи-ческие показатели	Методы испытания и средства контроля	Кто контроли-рует
4.Механич. обработка	Внешний вид	Каждая партия изделия	Согласно стандарту	Визуально	Литейщик
5. Дробление отходов.	Цвет, величина гранул, наличие грязи Число оборотов	Каждая партия изделия	Согласно стандарту 1500	Визуально Кнопочный включатель КУ123-12	Дробиль-щик Электрик
6. Контроль и упаковка.	Внешний вид	Каждое изделие	Согласно стандарту	Визуально	Контро-ллёр ОТК

Виды брака и способы его устранения

Виды брака и способы его устранения представлены в таблице.

Виды брака и способы его устранения

Вид брака	Причины возникновения	Способы устранения
1. Перелив – характеризуется облоем по плоскости разъема формы	- большая доза материала;	- отрегулировать дозировку;
	- высокая температура расплава и формы;	- отрегулировать температуру цилиндра или формы;
	- недостаточное усилие запирания формы;	- отрегулировать гидросистему замыкания формы;
	- неплотно подогнанные плоскости смыкания;	- подогнать плоскости смыкания;
2. Недолив – неполное оформление изделия	- недостаточная доза материала;	- отрегулировать дозировку;
	- низкая температура расплава и формы;	- повысить температуру расплава или формы;
	- низкое давление литья;	- повысить давление литья;
	- засорение мундштука посторонними вклю чения- ми (или литниковых и разводящих каналов)	- прочистить мундштук или литниковые и разводящие каналы;

Продолжение таблицы

Вид брака	Причины возникновения	Способы устранения
3.Усадочные раковины - изделия.	- нетехнологичное решение конструкции детали	- изменить конструкцию детали, применив усиливаю-
	- значительная разнотолщинность изделия;	- величина разнотолщинности не должна превышать 30% от номинальной толщины стенки;
4. Коробление изделия	- значительные внутренние напряжения из-за большого перепада температур расплава и формы;	- отрегулировать температуру расплава и поверхности формы; не допускать резких колебаний толщины детали
5. Трещины – появляются на изделии сразу после извлечения из формы или через некоторое время.	из-за большого перепада температур в разных частях формы;	и неправильного расположения арматуры;

В данной работе разработана технология производства изолирующих прокладок для рельс из полиамида методом литья под давлением. Описаны характеристика исходного сырья с обоснованием выбора, характеристика готовой продукции, физико-химические процессы литья под давлением и технологическая схема производства.

Код для цитирования: Скопировать