ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОНАПОЛНЕННОГО ПОЛИАМИДА МЕТОДОМ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОНАПОЛНЕННОГО ПОЛИАМИДА МЕТОДОМ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Чижова Л.А. 1, Малинина О.В. 1
1Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Технология переработки полимеров – это область науки и техники, изучающая процессы, предлагаемые для получения изделий из пластических масс или улучшения свойств полимеров. Изготовление изделий из пластмасс сравнительно сложный технологический процесс, базирующийся на использование физико-химических (реологических, термодинамических, теплофизических и др.) закономерностей. В зависимости от условий формования (температуры расплава, скорости течения, давления и времени охлаждения) изменяется степень кристалличности и физико-химические свойства полимеров, поэтому выбор и обоснование этих параметров имеют принципиальное значение.

Технология переработки начала развиваться как самостоятельная область науки после завершения целого ряда фундаментальных исследований по физике и механике полимеров.

В настоящее время прогресс в области науки и технике невозможен без интенсивного использования пластмасс. Поэтому их производство составляет ежегодно несколько миллионов тонн и продолжает увеличиваться. Увеличение выпуска синтетических смол и 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. Трудоемкость изготовления большинства изделий из пластмасс в 2,5-4 раза ниже, чем из металлов. Применение пластмасс также способствует экономии энергетических ресурсов [3].

Гроднамид – синтетический материал, разрабатываемый белорусской компанией ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно Азот». Полиамидные композиции производятся на основе ПА – 6 и имеет ярко выраженные антифрикционные, диэлектрические, ударопрочные, водостойкие, морозостойкие или прочностные характеристики.Литье под давлением – один из наиболее распространенных способов изготовления изделий из пластмасс. Это объясняется большой универсальностью способа и литьевых машин, высокой производительностью машин и высокой степенью их механизации и автоматизации.

Основная задача переработки пластмасс литьем под давлением – получение высококачественных изделий (по внешнему виду, прочностным и деформационным показателям, размерной стабильности и пр.) и при максимальной производительности.

Выполнение этих требований определяется свойствами пластмасс, условиями переработки, конструктивными и технологическими возможностями литьевых машин.

Характеристика готовой продукции

Детали БК9.312.200, БК9.312.200-01 «Колпачок» изготавливаются из материала Гроднамид ПА-6-ЛТ-СВ30П ТУ РБ500048054.020-2001 методом литья под давлением, имеют цилиндрическую форму с ребрами жесткости и внутренней резьбой, сверху имеется крепление для бирки с номером партии.

Детали служит в качестве заглушки отверстий от попадания посторонних предметов вовнутрь (влага, пыль), защищает резьбу, используются в качестве технологической крышки отверстий при транспортировании изделий У-175М, У-175М1.

Деталь БС8.227.153 «Втулка» изготавливается из материала Гроднамид ПА-6-ЛТ-СВ30П ТУ РБ500048054.020-2001 методом литья под давлением, имеет цилиндрическую форму с шестигранным буртом под ключ, имеет наружную резьбу, внутренний уклон 20 для более плотной насадки на ответную деталь (вал).

Деталь ПБ8.203.178 «Направляющая» сложной геометрической формы, отлита в Г-образной форме, имеющая внутренний радиус 0,5 мм для придания детали жесткости на излом. Деталь имеет три гладких цилиндрических отверстия с зенковокой под угол 900, с обратной стороны зенковок (фасок) по плоскости выполнен паз с радиусами под углом для придания детали жесткости.

Деталь БС8.634.154 «Колпачок» цилиндрической формы, с толщиной стенок 3 мм и диаметром по наружней стенки 64 мм, также имеется отверстие по центру диаметром 10 мм и внутренним радиусом 0,5 для придания детали жесткости на излом.

Поскольку все детали не являются нагруженным силовым элементом, то к ним нет особых требований по жесткости. Тем не менее, детали должны соответствовать всем геометрическим размерам согласно КД.

Методы контроля.

Размеры деталей проверяют универсальными мерительными инструментами или калибрами, обеспечивающими необходимую точность контроля измерений.

Внешний вид деталей проверяют визуально без применения увеличительных приборов.

Транспортирование и хранение.

Транспортирование деталей производят железнодорожным и автомобильным транспортом в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на данном виде транспорта.

Хранение деталей навалом (без тары) не допустимо. Детали должны быть предохранены от попадания на них разрушающих пластмассу веществ. Хранение вместе с деталями кислот, щелочей, органических растворителей недопустимо.

Ассортимент и массы изделий приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Ассортимент и объем выпуска продукции

Изделие

Сырье

Масса одного

изделия, г

1. Колпачок БК9.312.200

Гроднамид ПА-6-ЛТ-СВ30П

9,0

2. Колпачок БК9.312.200-01

15,0

3. Колпачок БС8.634.154

13,0

4.Направляющая ПБ8.203.178

10

5. Втулка БС8.227.153

2,1

Обоснование выбора сырья

Детали изготавливаются для изделий, идущих в военную технику, которая эксплуатируется в различных механических и температурных нагрузках и считаются ответственного назначения. Материал из которого должны изготавливаться детали, должен обладать высокими прочностными, температурными характеристиками. При выборе материала для изготовления деталей сравним, характеристики двух материалов с высокими техническими показателями приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Сравнительная характеристика материалов: АБС и Гроднамида ПА-6-ЛТ-СВ30

Технические показатели

АБС

Гроднамид ПА-6-ЛТ-СВ30

Плотность, г/см3

1,02

1,36

Прочность при растяжении, МПа

38,2

Не менее 158

Предел прочности на разрыв, МН/м2

50

55

Предел прочности на изгиб, МН/м2

-

27

Относительное удлинение на разрыв, %

3

5

Максимальная рабочая температура, 0С

80

120

Ударная вязкость (прочность), КДж/м2

12

35

Коэффициент трения по стали

0,5

0,3

Температура плавления, 0С

210-270

217-223

Разрушающее напряжение при:

- изгибе; МПа

- растяжении; МПа

- сжатие, МПа

60

45

60

70

55

77

Диэлектрическая проницаемость при 106 ГЦ

2,9

3-4

Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 106 ГЦ

0,008

0,03-0,04

Твердость по Бринеллю, МПа

100

120

На основании данных таблицы можно сделать вывод, что материал Полиамид ПА-6-ЛТ-СВ30 обладает следующими преимуществами:

- высокая прочность;

- высокая прочность к ударным нагрузкам;

- низким коэффициентом трения;

- неплохие диэлектрические показатели;

- способность выдерживать высокие температуры.

Стеклонаполненный полиамид ПА6-ЛТ-СВ30П обладает повышенной теплостойкостью, жесткостью и прекрасными диэлектрическими качествами.

Для достижения определенных свойств в полимер вводят различные добавки. Так, для повышения термостабильности и светостойкости, а также стойкости к гидролизу, добавляют стабилизаторы. Для создания равномерной структуры, увеличения степени кристалличности полимера и скорости кристаллизации из расплава используют структурообразователи, такие как, например, коллоидный кремнезем. Такие добавки одновременно уменьшают термический коэффициент расширения и сокращают цикл литья. Могут вводиться добавки, придающие полимерам огнестойкость, стойкость к действию масел и повышенную износостойкость. Обычно эти добавки вводят в малых количествах и они не оказывают влияния на основные механические свойства полимеров.

В настоящее время почти во всех отраслях промышленности нашли применение наполненные полиамиды. Наполнитель обычно вводят в виде волокна в достаточно больших количествах, что позволяет улучшить механические свойства полимеров.

Марка Гроднамид изготавливается путем добавления различных компонентов на основе первичного полиамида 6, который, в свою очередь, изготавливается из капролактама с использованием автоклава, стабильного давления и катализаторов. Материал получают в гранулах, которые могут быть окрашены.

Гроднамид ПА-6-ЛТ-СВ30П полимерный композиционный материал на основе полиамида 6 первичного, наполненного отрезками стеклянных нитей, с добавлением модифицирующих добавок. Характеризуется повышенной текучестью расплава и улучшенными литьевыми характеристиками.

Что касается преимуществ, которые дает использование такого полиамида, то они следующие:

1. Вязкость, жесткость и высокая стойкость к такому эффекту, как термокоробление.

2. Коэффициент сопротивления трения и износа также довольно высок.

3. Данные типы полиамидов могут эксплуатироваться при температуре от -60 до +150 градусов по Цельсию.

4. Свойства стеклонаполненного полиамида позволяют ему функционировать достаточно долгое время даже в условиях одновременного воздействия таких факторов, как высокая температура, высокие механические нагрузки, а также воздействие таких веществ, как масло, бензин и другие агрессивные составы [2].

Из выше перечисленного можно сказать, что целесообразнее изготавливать изделия из Гроднамида ПА-6ЛТ-СВ30П.

Характеристики выбранного сырья

Литье Гроднамида ПА-6-ЛТ-СВ30П под давлением может осуществляться при температурах массы от 220 до 2600С, при рекомендуемой температуры формы 75-850С [1].

В таблице 3 приведены показатели свойств Гроднамида ПА-6-ЛТ-СВ30П ТУ РБ 500048054.020-2001.

Безопасность продукта: при надлежащей переработке гроднамида ПА-6-ЛТ-СВ30П и хорошей вентиляции на рабочих местах негативные воздействия на персонал не наблюдались. Необходимо соблюдать предписания Федерального закона о защите от выбросов вредных отходов и «Техническое руководство по соблюдению чистоты воздуха».

Таблица 3 - Показатели свойств Гроднамида ПА-6-ЛТ-СВ-30П ТУ РБ 500048054.020-2001

№ п/п

Наименование показателей

Норма

1

Внешний вид и цвет

Гранулы неокрашенные или крашенные в массе в соответствии с образцом эталоном

2

Массовая доля гранул размером (2-5)мм, %

Не менее 99,7

3

Массовая доля воды, %

Не более 0,30

4

Массовая доля наполнителя, %

30-2+3

5

Ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза при 23 0С, кДж/м2

63

6

Изгибающее напряжение при максимальной нагрузке, МПа

Не менее 240

7

Термостойкость,%

Не менее 80

8

Плотность, г/см3

1,35-1,38

9

Температура плавления, 0С

217-223

10

Показатель текучести расплава, г/10мин

15-25

11

Прочность при растяжении, МПа

170

12

Относительное удлинение при разрыве,%

3-5

13

Электрическая прочность,кВ/мм

21

14

Усадка при литье,%

0,4-0,8

15

Модуль упругости при изгибе, МПа

Не менее 8300

16

Температура изгиба под нагрузкой при 1,8МПа, 0С

210

Обоснование метода переработки

Переработка пластмасс представляет собой совокупность различных технологических процессов, с помощью которых исходный полимер превращается в изделие с заданными эксплуатационными свойствами.

Основными методами переработки термопластов в изделия являются: литье под давлением, экструзия, выдувание, ротационное формование, компрессионное формование, каландрование. Существуют и другие способы переработки (центробежное и автоклавное литье, литье без давления, прессование, спекание и другие), но их применение ограничено из-за того, что этими методами можно перерабатывать не все полимеры и из-за их малой производительности.

В данном случае детали могу быть изготовлены двумя способами: прессованием и литьем под давлением.

Прессование – технологический процесс изготовления из полимерных материалов, заключающийся в пластической деформации материала при действии на него давления и последующей фиксации формы изделия. Преимущества этого метода заключается в деформации малопластичных материалов, получение изделий сложной формы и высокой точностью изделий.

К недостаткам производства изделий прессованием следует отнести:

- значительные прилагаемые усилия деформации;

- сильный износ инструмента;

- большие отходы (до 40%);

- сравнительно высокую стоимость прессового инструмента.

Литье под давлением – наиболее распространенный и прогрессивный метод переработки пластмасс, так как позволяет изготавливать качественные изделия с высокой степенью точности при сравнительно малых затратах и высокой производительности труда. В связи с высокой производительностью и относительно высокой стоимости оснастки в основном применяется при крупносерийном и массовом производстве изделий. Этот метод переработки наиболее предпочтителен для изготовления изделий со сложной конфигурацией, характеризующийся высокой производительностью, т.к. нагрев полимера происходит вне формы и позволяет получить поштучные изделия весом от 1 грамма до 100 кг.

Несмотря на то, что стоимость оборудования в этом процессе достаточно высока, его несомненным достоинством является высокая производительность. В этом процессе дозированное количество расплавленного термопластичного полимера впрыскивается под давлением в сравнительно холодную пресс-форму, где и происходит его затвердевание в виде конечного продукта [3].

Таким образом, для изготовления деталей выбираем метод литья под давлением.

Физико – механические 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 [11].

Гроднамид ПА6-ЛТ-СВ30П является кристаллическим термопластом в основе которого находится полиамид 6 (степень кристалличности равна 70%).

Кристаллические термопласты имеют узкий интервал температур перехода в вязкотекучее состояние, низкую вязкость и, соответственно, высокую текучесть. Это несколько усложняет их переработку, вызывает необходимость точнее поддерживать температуру расплава, делать запорные устройства к мундштуку, обеспечивать плотную посадку поршня в цилиндре.

Термопласты кристаллического строения при затвердевании имеют большую усадку, доходящую до 3%. Чем выше температура термопласта, тем больше усадка при охлаждении. Кроме термической усадки может происходить усадка вследствие изменения структуры полимера. Усадка проявляется не только в изменении размеров, но и появлении углублений, внутренних пустот. Чем ниже температура термопласта и чем выше давление в процессе литья, тем меньше усадка, тем больше плотность материала в изделии.

Алифатические полиамиды являются гибкоцепными кристаллизующимися (Скр = 40-70%) термопластами. Молекулярная масса - 8-40 тысяч, плотность 1010-1140 кг/м3 , температура плавления (кристаллизации) - 210-260°С, расплав обладает низкой вязкостью в узком температурном интервале. Полиамиды – гидрофильные полимеры, их водопоглощение достигает нескольких процентов (иногда до 8) и существенно влияет на прочность и ударную вязкость. Наибольшее значение имеют полиамиды общих формул имеющие структуру

Полиамид 6 в промышленности получают главным образом гидролической полимеризацией капролактама протекающий под действием воды, кислот, которые вызывают гидролиз локтанного цикла.

Наиболее медленной стадией является реакция гидролиза, лимитирующая скорость образования полимера. Поэтому на производстве специально добавляют в реакцию смесь аминокапроновую кислоту, которая является катализатором. Процесс проводят периодической (в автоклавах под давлением) или непрерывной (в реакторах колонного типа при атмосферном давлении) схеме. В термопластах макромолекулы связаны между собой водородными связями, что обусловливает относительно высокие температуры плавления полиамида [12].

Вследствие повышенной температуры и влажности может происходить деструкция полиамидов, при которой возможны следующие реакции указанные на рисунке 1 и 2.

Рисунок 1 – Реакция гидролиза полиамида 6

Рисунок 2 – Реакция деструкции с образованием радикалов полиамида 6

Описание технологической схемы производства

Процесс производства состоит из следующих стадий:

1. транспортировка и хранениесырья;

2. сушка;

3. изготовление изделий методом литья поддавлением;

4. механическаяобработка;

5. контроль иупаковка;

6. дробление возвратныхотходов;

7. хранение готовой продукции.

1. Транспортировка и хранение сырья. Сырье поступает на склад сырья (СС) в мешках по 25 кг и размещается на поддонах. Транспортировка должна осуществляться в закрытых машинах или под тентом, предохраняющим материал от попадания солнечных лучей.

Сырье необходимо хранить при температуре не выше 30ºС и относительной влажности не более 80%. Не допускать попадания на него прямых солнечных лучей. Хранить на расстоянии не менее 1 метра от отопительных приборов.

2.Сушка. Контейнер вакуумной сушилки (ВС) заполняется материалом с использованием специально разработанного распределительного клапана, чтобы гарантировать, что контейнер не cможет переполниться. Выставляется температура сушки 80±50С.  После того, как контейнер с материалом будет нагрет до установленной температуры, он автоматически последует на следующий этап.

Контейнер запечатывается и применяется сильный вакуум. При низком атмосферном давлении воздуха, вода закипает при более низких температурах. Когда материал находится под вакуумом, точка кипения воды падает с 212ºF (100ºC) до 133ºF (56ºC).  Влага быстро выводится из материала и выбрасывается в окружающий воздух.

После того, как вакуумный цикл будет завершен, контейнер снова перейдет на позицию выгрузки материала. При автоматическом функционировании клапан в нижней части контейнера открывается и материал подается из контейнера в бункер с сухим материалом. Затем сухой материал втягивается вакуумным загрузчиком на технологической машине.

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

3. Изготовление изделий методом литья под давлением. После сушки (ВС) материал поступает в загрузочный бункер литьевой машины (ЛМ) и производят отливку деталей. Через загрузочный бункер материал в виде гранулята поступает в материальный цилиндр. Далее, за счет вращательного движения шнека, формовочная масса подается к мундштуку. Пластикация термопласта до вязкотекучего состояния происходит в материальном цилиндре при вращательном движении шнека и действии на материал температуры цилиндра и давления.

Давление накапливаемого расплава оттесняет шнек по оси назад в сторону загрузочного бункера. После создания требуемой дозы вращение шнека прекращается и происходит впрыск расплава в форму. Для улучшения процесса формования заполненная форма продолжает подпитываться расплавом, что компенсирует усадку при охлаждении. С момента заполнения формы начинается выдержка расплава под давлением и его охлаждение.

По окончанию цикла литья происходит раскрытие формы и удаление изделия. Литники выталкиваются из литьевой формы одновременно с деталью. Форма обеспечивает автоматический сброс отливки, по возможности, отрыв литника от детали без дополнительной механической обработки. Отлитые изделия проверяются на внешний вид литейщиком, которые далее с помощью ленточного конвейера (ЛК1) поступают на механическую обработку (МО).

4.Механическая обработкаизделий. Изделия требуют дополнительной механической обработки, такой как: зачистка следов облоя и заусенцев, полировка и т.п. Часть изделий обрабатываются фрезерным станком.

5.Контроль иупаковка. После механической обработки изделия доставляют к контрольному посту ОТК. Здесь контролеры ОТК проверяют изделия на внешний вид и по размерам. В случае положительного заключения ОТК изделия поступают на упаковку (У) и перевозятся с помощью электропогрузчика (ЭП3) на склад готовой продукции (СГП).

6.Дробление возвратных отходов. При литье под давлением изделий из термопластов возможны отходы производства в виде несоответствующей продукции, продуктов механической обработки и отходов от настройки и чистки оборудования. Все изделия несоответствующего качества отправляются на дробление (Д), далее на склад дробленной продукции (СДП).

7.Хранение готовойпродукции. Изделия следует хранить в отапливаемых складских помещениях, исключающих вероятность их механических повреждений. Они должны быть защищены от воздействия прямых солнечных лучей и атмосферных осадков.

Нормы технологического режима и контроль производства

Для производства качественной продукции необходимо осуществлять непрерывный контроль производства, включающий в себя: проверку на соответствие нормам исходного сырья, контроль соблюдения технологических режимов, контроль качества готовой продукции. Состав, норма на параметры, последовательность и планы контроля изделий в процессе производства устанавливаются в технологической документации. Детали должны изготавливаться по технологическому процессу и по чертежам ОСТ В 84-1065-83, соответствовать требованиям технических условий или НТД, предусмотренной чертежами на каждую деталь и образцам-эталонам.

Материалы должны соответствовать требованиям стандартов или технических условий на эти материалы и иметь сопровождающий документ (паспорт, сертификат) предприятия поставщика. Перед пропуском в производство, материалы могут быть повторно испытаны по основным показателям стандартов или ТУ. При несоответствии – забраковка в соответствие с ГОСТ 24297-87.

Оснастка допускается в работу только после инструментальной и технологической проверки, в соответствие с требованиями СТП 84.502-92-84. Партию готовых изделий, по изготовлению, предъявляют ОТК, с приложением паспорта, сертификата, испытательных листов. При получении неудовлетворительных результатов, детали возвращаются участку для устранения дефектов. Детали не принятые вторично бракуют окончательно. Технологические параметры устанавливают методом экспериментальной обработки [11].

Контроль производится исполнителем: температура по зонам цилиндра – ежечасно милливольтметром регулирующих типов, частота вращения шнека – по манометру. Состав, параметры и частота контроля проектируемого производства приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Состав, параметры и частота контроля проектируемого производства

Операция и место замера

Контролиру-емый параметр

Частота контроля

Допустимая норма

Метод контроля

Кто контролирует

Прием и хранение.

Цвет, грануломет-рический состав.

Каждая партия

Согласно образцу.

Гранулы диаметром не более 6 мм.

Визуально

Лаборант

Подготовка сырья. Сушка.

Температура. Время сушки. Влажность.

Постоянно, через 1-2 часа.

850С.

Влагомер.

Литейщик

Литье. Литьевая машина ТМС

Температура литья

Постоянно, через 1-2 часа.

210-230 0С.

Милли-вольтметр

Литейщик

Температура формы.

Постоянно, через 1-2 часа.

40 ± 10 0С.

Милли-вольтметр

Литейщик

Давление впрыска.

Постоянно, через 1-2 часа.

80-150 МПа

Манометр.

Литейщик

Время впрыска.

Постоянно, через 1-2 часа.

1-7 сек.

Реле времени

Литейщик

Время охлаждения.

Постоянно, через 1-2 часа.

20-60 сек.

Реле времени

Литейщик

Готовое изделие

Цвет, размер, качество поверхности

Каждое изделие

Согласно образцу

Визуально

ОТК

Виды брака и способы его устранения

Брак может быть исправимым и неисправимым. Если при литье образуются облой, грат, то этот брак считается исправимым. Но чаще всего на поверхности изделия встречаются такие дефекты, как пузыри, разводы, усадочные раковины, недолив. Такой брак не исправим [2]. Причины возникновения и способы его устранения приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Виды брака и способы его устранения

Виды брака

Причины возникновения брака

Способы устранения брака

1. Недоливы – не полностью оформленное изделие.

Недостаток материала в инжекционном цилиндре.

Засорение литникового и разводящих каналов формы.

Отрегулировать дозировку.

Очистить литьевую форму.

2. Грат.

Велика доза материала. Высокая температура расплава и формы.

Недостаточное усилие смыкания формы.

Перекос формы.

Отрегулировать дозировку, температуру нагревательного цилиндра и формы.

Отрегулировать гидросистему смыкания.

Устранить перекос формы.

3.Вздутия (пузыри).

Повышенное содержание летучих (влага).

Высокая температура материала, вызывающая его разложение.

Сменить или подсушить сырье.

Понизить температуру цилиндра.

4.Усадочные раковины.

Перегрев расплава и вследствие этого повышенная усадка материала.

Уменьшить температуру цилиндра.

5.Полосы и продолговатые пузыри на поверхности изделия.

Влажность материала

Подсушка сырья

6.Матовые пятна на поверхности изделия

Перегрев расплава

Понижение температуры расплава; полирование литниковых каналов

7.Загрязнение изделия

Попадание в материал посторонних частиц или наличие задиров на поверхности цилиндра, поршня или червяка

Контроль за чистотой материала, попадающего в бункер; проверка поверхностей, соприкасающийся с материалом

8.Пузыри в виде белых включений

Высокая температура цилиндра и низкое давление литья, недостаточное время выдержки материала в форме под давлением

Снижение температуры цилиндра, повышение давление литья и времени выдержки под давлением, увеличение размеров литников или литниковых каналов для снижения потерь давления

Продолжение таблицы 4

9.Затруднение при съеме изделий, деформация изделий при съеме

Неправильный режим литья, неправильная конструкция формы

Уменьшение давления литья, увеличение конусности стенок формования или сердечников, полирование поверхностей формы, обеспечение воздушных зазоров, сталкивание изделий воздухом (во избежании образования вакуума)

Описание работы основного оборудования

Термопластичный материал, подлежащий переработке, загружается в бункер, откуда попадает на шнек, расположенный в материальном цилиндре. При вращении шнека под воздействием внешнего обогрева и внутреннего трения, гранулированный материал нагревается, пластифицируется и в виде гомогенной массы поступает в пространство перед шнеком. После накопления необходимого объёма расплава поступательным движением шнека осуществляется впрыск материала под заданным давлением в пресс – форму, закрытую механизмом запирания.

После остывания готовое изделие извлекается и цикл повторяется. Один полный цикл состоит из ряда следующих друг за другом операций: смыкание форм с заданным усилием запирания; подвод механизма впрыска, т.е. подвод мундштука материального цилиндра к литниковой втулке пресс – формы; впрыск порции расплава в пресс – форму; выдержка под повышенным и пониженным давлением; набор дозы; охлаждение; отвод механизма впрыска; размыкание полуформ; съём и выталкивание готового изделия, пауза между циклами [4].

Выбор вспомогательного оборудования

Выбор сушилки. Полиамид 6 является гигроскопичным материалом, поэтому его перед использованием необходимо подсушить. B вакуумном оборудовании серии VBD применяется непрерывный циклический процесс сушки, состоящий из трех этапов.

Этап 1:Материал в нагревательном бункере доводится до требуемой температуры посредством центробежной воздуходувки, нагнетающей воздух через нагревательный элемент.

Этап 2: После достижения заданной температуры, нагретый материал высыпается из нагревательного бункера в вакуумный резервуар. Вакуум доводится до 70 мм рт. ст. и удерживается на данном уровне (отклонения составляют не более 20 мм рт. ст.) в течение заданного времени цикла. Цикл воздействия вакуума, как правило, длится около 20 минут. Таким oбразoм, готовый к переработке материал можно получить всего за 60—90 минут.

Этап 3: Проcушенный материал выcыпается в термoизoлирoванный накoпительный или выгрузнoй бункер для дальнейшего использования. Остаточная влажность удаляется с помощью продува нагретым сухим сжатым воздухом[14].

Выбираем вакуум-сушилку фирмы Maguire серии VBD, основные характеристики которой представлены в таблице 5.

Таблица 5 –Характеристики вакуум-сушилки VBD-150

Характеристики

Значение

Максимальная температура нагрева, °C

185

Производительность, кг/час

68

Объём бункера нагрева, л

65

Объём вакуумного бункера, л

30

Объём удерживающего бункера,л

40

Масса нетто, кг

228

Напряжение питания, В

380

Мощность нагревателя, кВт

6

Мощность вентилятора, кВт/расход воздуха, литров в минуту

0,82/2973

Расход сжатого воздуха, л/час

354

В ыбор дробилки: При производстве деталей методом литья неизбежно возникают отходы, в виде литников, забракованных изделий, продуктов механической обработки и отходов от настройки и чистки оборудования, большую часть которых можно перерабатывать вторично. Их собирают, дробят, добавляют к свежему сырью, и смесь используют для получения изделий непосредственного назначения. Для измельчения выбираем дробилку марки XFS-180. Техническая характеристика, которой приведена в таблице 6.

Для измельчения отходов производства и бракованной продукции выбираем ножевую роторную дробилку [15].

Таблица 6 – Технические характеристики роторной ножевой дробилки XFS-180.

Параметр

XFS-180

Мощность, кВт

2,2

Производительность, кг/ч

100-150

Размеры приемной горловины, мм

180 х 125

Скорость вращения ротора, об/мин

480

Количество ротационных ножей

9

Количество стационарных ножей

2

Размеры ячейки штатной сетки-экрана, мм

7

Габаритные размеры, мм

730 х 440 х 900

Вес, кг

150

Выбор весов. Для взвешивания сырья выбираем весы товарные напольные МИДЛ МП 60 МДА Ф-2(10/20; 400х500) «Олимп».

Технические характеристики представлены в таблице 7 [16].

Таблица 7 – Технические характеристики весов товарных напольных МИДЛ МП 60 МДА Ф-2 (10/20; 400х500) «Олимп».

Параметр

МИДЛ МП 60 МДА Ф-2

Производитель

МИДЛ, Россия

Наименьший предел взвешивания

200 г

Точность

10/20 г

Предел выборки веса тары

60 кг

Тип дисплея

LED

Количество разрядов индикатора

масса-5, цена-6, стоимость-6

Источник питания

аккумулятор, сеть

Диапазон рабочих температур

от 0°C до +40°C

Относительная влажность

до 85 %

В ыбор электропогрузчика. Для транспортировки мешков с сырьем используем вилочный электропогрузчик модели STILL RX 20-14. Технические характеристики представлены в таблице 8 [17].

Таблица 8 – Технические характеристики вилочного электропогрузчика

STILLRX 20-14

Параметр

STILL RX 20-14

Привод

Электрический

Тип обслуживания

Сидя

Грузоподъемность, кг

1400

Положение центра тяжести, мм

500

Расстояние от оси до груза, мм

355

Колесная база, мм

1341

Вес, кг

2736

Высота сложенной мачты, мм

2160

Высота разложенной мачты, мм

3805

Общая длина, мм

2683

Общая ширина, мм

1099

Радиус поворота, мм

1528

Продолжение таблицы 18

Скорость движения с грузом, км/ч

16

Скорость движения без груза, км/ч

16

Тяговый двигатель, мощность в кратковременном режиме 60 мин, кВт

2 х 4,5

Подъемный электродвигатель, мощность при S3 - 15%, кВт

9

Аккумуляторная батарея согласно

DIN 43531 B

Напряжение аккумуляторной батареи, В

48

Емкость аккумуляторной батареи, Ач

575 L

Безопасность и экологичность

Забота о создании безопасных и здоровых условий труда всегда находилась и находится в центре внимания. Охрана труда является одним из важнейших социально-экономических и санитарно-гигиенических мероприятий, направленных на обеспечение безопасных и здоровых условий труда.

Переработка пластмасс литьём под давлением и другими методами сопровождается нагреванием пресс-форм до 150-200°С. При этих температурах, большинство пластмасс начинает подвергаться термической деструкции (распаду) сопровождаемой выделением различных по составу и токсичности продуктов.

Характерной особенностью современного производства является применение на одном предприятии самых разнообразных технологических процессов, сложных по своей физико-химической основе. Современному производству свойственна быстрая смена технологий, обновление оборудования, внедрение новых процессов и материалов, которые часто недостаточно изучены с точки зрения негативных последствий их применения.

На большинстве предприятий широко применяются высокотоксичные, легковоспламеняющиеся вещества, различного рода излучения, технологические процессы зачастую сопровождаются значительными уровнями шума, вибрации, ультра- и инфразвука, жесткими и стабильными параметрами микроклимата, большинство операций производится в условиях высокого зрительного напряжения, запыленности и загазованности.

В связи с этим увеличивается потенциальная опасность возникновения травмоопасных ситуаций, степень риска возникновения профессионального заболевания, негативного воздействия условий труда на состояние здоровья работающих.

Опасными производственными факторами является повышенная температура, применение давления и производственный шум [18].

Принципы безопасной работы с литьевой машиной.

Изготовление изделий из полимерных материалов не связано с какими либоспецифическими опасностями, но всякое производство связано с некоторыми рисками. В этих производственных процессах возможны следующие виды травматизма:

1) механические травмы

2) поражение электрическим током

3) термические ожоги

4) отравления и профзаболевания от пыле- и газообразных продуктов, выделяющимися при хранении, транспортировании, приготовлении компонентов и переработке композиционных материалов и их компонентов.

Наиболее тяжелые механические травмы могут иметь место при воздействии движущихся частей оборудования и перемещаемых изделий. Узлы смыкания форм на литьевых машинах во время работы должны быть закрыты предохранительными щитками, сблокированными с органами управления машиной.

Причиной травматизма может быть падение тяжелых частей оснастки, поэтому операции съема и установки форм должны быть максимально механизированы, их следует выполнять в строгом соответствии со специальными инструкциями.

Поражение электрическим током возможно при неисправности нагревателей, двигателей и другого электрооборудования. Проверку и ремонт электрооборудования должны проводить только электромонтеры.

Термические ожоги могут иметь место:

1. При соприкосновении нагретыми частями оборудования: горячими цилиндрами. Нагретые части машин, по возможности, должны быть покрыты теплоизоляцией, температура наружного слоя которой не должна превышать 450 С.

2. При контакте с неостывшими изделиями. Поэтому здесь желательно использовать переместительные механизмы и приспособления и(или) средства защиты рук (перчатки, рукавицы).

Общими правилами техники безопасности при работе с оборудованием являются: обязательный инструктаж и периодическая проверка знаний обслуживающего персонала, запрещение работать на другом оборудовании, кроме порученного, запрещение проводить какой-либо ремонт или смазку машин при их работе, обязательная проверка исправности оборудования перед началом работы.

Вредность Гроднамида

В процессе переработки ПА6-ЛТ-СВ30П при температуре выше 270°С возможно выделение паров капролактама.

При температуре выше 300°С ПА6-ЛТА-СВ30П разлагается с выделением аммиака, оксида углерода и оксида азота.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны и класс опасности не должны превышать гигиенических регламентов, установленных СанПиН 11-19 и указанных в таблице 9

Таблица 9 – Предельно допустимые концентрации содержания вредных веществ.

Наименование вещества

ПДК, мг/м³

Класс опасности

Действие на организма

Аммиак

20

4

Сильное раздражение верхних дыхательных путей, слизистых глаз и кожи

Оксид углерода

20

4

Вызывает удушенье, действие на центральную и периферическую системы

Капролактам

10

3

Пары, попадая в организм, вызывают изменение внутренних органов и расстройство нервной системы

Оксид азота

5

3

Обладает раздражающим и прижигающим действием на дыхательные пути и может привести к развитию токсического отека легких

В нормальных условиях полиамиды стеклонаполненные не создают прямой опасности. Гранулы полиамидов стеклонаполненных практически не оказывают вредного воздействия на организм человека. Возможен слабый аллергический эффект. Мелкая пыль (аэрозоль): - при вдыхании может вызывать раздражение верхних дыхательных путей; при попадании в глаза - раздражение слизистых оболочек глаз; при попадании на кожу - раздражение кожи, слабый аллергический эффект. При длительном обращении мелкая пыль (аэрозоль) умеренно опасна и может оказывать фиброгенное действие на организм человека.

Расплав полиамидов стеклонаполненных - вызывает термические ожоги. Пути попадания - при вдыхании, при попадании на кожу и слизистые оболочки глаз, в органы пищеварения, при контакте расплавленного полиамида 6 с кожей.

Длительное вдыхание пыли полиамидов стеклонаполненных вызывает поражение верхних дыхательных путей, легких, щитовидной железы, желудочно-кишечного тракта, печени, почек, глаз, кожных покровов.

При контакте расплава полиамидов стеклонаполненных с кожей появляется ожог. Не оказывают вредного влияния на окружающую среду и качество поверх-ностных и грунтовых вод, не растворимы в воде. Не подвержены биологическому разложению.

При горении полиамидов стеклонаполненных выделяются продукты термической деструкции и оксид азота: аммиак - сильное раздражение верхних дыхательных путей, слизистых глаз и кожи; - оксид углерода - вызывает удушье, действует на центральную и перифериическую нервную систему; - оксид азота - обладает раздражающим и прижигающим действием на дыхательные пути и может привести к развитию токсического отека легких; - капролактам (пары капролактама) - при попадании в организм вызывает изменение внутренних органов и расстройство нервной системы.

При механической обработке изделий из полиамидов стеклонаполненных возможно выделение пыли стекла. Пыль стекла оказывает раздражающее действие на слизистую оболочку верхних дыхательных путей и кожные покровы, вызывает зуд кожи.

Оказание первой помощи.

В нормальных условиях полиамиды стеклонаполненные не создают прямой опасности. Специальных мер не требуется.

При вдыхании пыли вынести пострадавшего на свежий воздух, освободить от стесняющей одежды, вызвать врача. При попадании пыли на кожу - тщательно промыть кожу большим количеством воды.

При попадании пыли в глаза - тщательно их промыть большим количеством воды и обратиться к врачу - окулисту.

При попадании пыли в желудочно-кишечный тракт - промыть желудок теплой водой и активированным углем и обратиться к врачу.

При контакте расплавленных полиамидов стеклонаполненных с кожей: - если ожог легкий, то пораженное место следует смочить этиловым спиртом или раствором калия марганцовокислого и наложить повязку с мазью от ожогов; - при тяжелых ожогах необходимо наложить стерильную повязку и вызвать врача. Средства первой помощи: бикарбонат натрия (сода), марганцовокислый калий, активированный уголь, раствор аммиака, вата, бинт, глазная стеклянная ванночка, мазь для ожогов.

Меры и средства обеспечения пожаровзрывобезопасности

Полиамиды стеклонаполненные относятся к группе горючих материалов средней воспламеняемости.

Температура плавления 216 С.

Температура воспламенения данные отсутствуют.

Температура самовоспламенения данные отсутствуют.

Взрывоопасность: не взрывоопасны.

При нагревании полиамидов стеклонаполненных до температуры выше 270 С возможно выделение паров капролактама, при температуре выше 300 С начинается термическая деструкция с выделением капролактама, аммиака, оксида и диоксида углерода. При возникновении пожара тушить тонкораспыленной водой со смачивателями.

При пожаре работы проводить в спецодежде (костюм лавсаново - хлопковый, ботинки кожаные, рукавицы комбинированные). Для защиты от токсичных продуктов, образующихся в условиях пожара, следует применять фильтрующий противогаз или другой дыхательный аппарат, обеспечивающий эту защиту по своим техническим характеристикам [9].

Меры по предотвращению и ликвидации аварийных и чрезвычайных ситуаций и их последствий

Общие рекомендации: вентиляция помещений (общеобменная и местная); использование заземленного оборудования; обеспечение контроля воздушной среды.

Меры предосторожности в отношении людей: специальных мер не требуется; избегать вдыхания пыли (аэрозоля) полиамидов стеклонаполненных.

Меры для защиты окружающей среды: специальных мер не требуется; запрещено сжигание твердых отходов в отвалах.

Меры для очистки (сбора): собирать механически.

Дополнительная информация: опасные вещества в нормальных условиях не высвобождаются.

В условиях пожара избегать вдыхания продуктов термодеструкции и горения полиамидов стеклонаполненных.

При ликвидации чрезвычайных ситуаций:

- удалить из опасной зоны персонал, не задействованный в ликвидации ЧС;

- применять средства индивидуальной защиты, использовать защитную одежду;

- устранить источник огня, искр, не курить;

- изолировать опасную зону в радиусе 200 м.

При рассыпании гранул полиамидов стеклонаполненных: собрать россыпь гранул и пыль механическим путем; могут использоваться для повторной переработки или реализуются потребителю в соответствии с действующим законодательством.

Сжигание в отвалах запрещено.

При разливе расплава полиамидов стеклонаполненных: персонал, устраняющий аварийную ситуацию, должен использовать средства защиты – защитную одежду, ботинки кожаные, рукавицы комбинированные, очки защитные, щитки, экраны, фильтрующий противогаз или другой дыхательный аппарат, обеспечивающий эту защиту по своим техническим характеристикам.

Горячий расплав полиамидов стеклонаполненных после разлива локализовать водой, при этом остерегаться термических ожогов, горячих водяных брызг и пара. После охлаждения застывший расплав полиамидов стеклонаполненных (смолистые отходы в виде глыб и слитков) могут быть использованы для повторной переработки или реализуются потребителю в соответствии с действующим законодательством.

Обильно промыть территорию водой. Низкоконцентрированные сточные воды сбросить в систему бытовой и производственной канализации и затем передать на городские очистные сооружения.

При пожаре:

- выключить общеобменную и местную вентиляцию;

- устранить источник воспламанения;

- изолировать опасную зону в радиусе 200 м;

- использовать средства защиты персонала и необходимые средства пожаротушения.

Правила хранения химической продукции и обращения с ней

при погрузочно-разгрузочных работах

Информация по безопасному обращению: обеспечение хорошей вытяжки (вентиляции) в местах выгрузки и загрузки полиамидов стеклонаполненных; предотвращение образования пыли; проведение мокрой уборки помещений; контроль содержания пыли (аэрозоля) в воздухе рабочей зоны; исключить контакт с открытым пламенем, источниками искрения.

Хранение: хранить в крытых сухих проветриваемых помещениях в условиях, предохраняющих от загрязнений и механических повреждений упаковки.

Специальных условий хранения не требуется.

Тип упаковочных материалов – пленочные мешки-вкладыши, мешки бумажные, мешки полиэтиленовые для химической продукции; мягкие специализированные контейнеры для сыпучих продуктов с пленочным мешком-вкла-дышем, мешки полимерные многослойные.

Транспортирование: всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах или в универсальных контейнерах в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на данном виде транспорта.

Средства контроля за опасным воздействием

и средства индивидуальной защиты

Средства личной защиты должны выбираться на основе оценки степени опасности на рабочем месте и действий, производимых рабочим.

При переработке полиамидов стеклонаполненных средствами индивидуальной защиты являются: хлопчатобумажный костюм (халат), рукавицы, защитные очки.

Стабильность и химическая активность

В нормальных условиях полиамиды стеклонаполненные стабильны, химически инертны, устойчивы к действию углеводородов (керосин, бензин, бензол и др.), минеральных масел, концентрированных и слабых щелочей, слабых кислот.

Полиамид стеклонаполненный марки ПА6-ЛТ-СВ30П дополнительно характеризуется стойкостью к промывочным и консервационным средам, стойкостью к старению в процессе хранения и эксплуатации.

При нагревании до температуры выше 270о С возможно выделение паров капролактама, при температуре выше 300о С начинается термическая деструкция с выделением капролактама, аммиака, оксида и диоксида углерода.

При горении выделяются продукты термической деструкции и оксид азота.

Информация о воздействии на окружающую среду

Полиамиды стеклонаполненные не растворимы в воде, не оказывают вредного воздействия на окружающую среду и качество поверхностных и грунтовых вод. Не подвержены биологическому разложению.

Рекомендации по удалению отходов (остатков)

Твердые отходы полиамидов стеклонаполненных могут использоваться для повторной переработке или реализуются потребителю в соответствии с действующим законодательством.

Отходы, не пригодные для повторной переработки, уничтожаются в специальных установках по утвержденной технологии[18].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте изучена технология изготовления изделий из стеклонаполненного полиамида методом литья под давлением. В проекте представлены следующие разделы: технологическая часть, безопасность и экологичность, компьютерный анализ получаемой системы.

В технологической части проекта выполнено обоснование выбранной марки материала. Приведена характеристика сырья и готовой продукции, физико- химические основы технологического процесса, описание технологической схемы производства, контроль производства, виды брака и способы его устранения.

Были изучены безопасность и экологичность при получении изделий из стеклонаполненного полиамида.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александрова А.Ю., Проводина М.А. Полимеры: производство, свойства, применение. – Екатеринбург: Альтер эго, 2016.- 412с

2.Бобровский С.М. Технология производства полиамидов / Химия и химическая промышленность. – 2017. - №6. – С.54-60

3. Оленев Б.А., Мордкович Е.М., Калошин В.Ф. Проектирование производств по переработке пластических масс. – М.,Химия,1982. – 256с.

4. Завгородний В.К., Калинчев Е.Л., Махаринский Е.Г. Оборудование предприятий по переработке пластмасс, изд «Химия», Л.,1972, - 464с.

5. Панов Ю.Т., Кудрявцева З.А. Методические указания к выполнению курсового и дипломного проектов по теме «Проектирование производств по переработке пластмасс методом литья под давлением» / Владим. гос. техн. ун-т. – 1996.-40с.

6.Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А., Пластические массы: свойства и применение: Справ.Л.:Химия,1978

7. Аскадский А.А. Деформация полимеров. М., Химия, 1973.

8. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. 2-е издание, М., Химия, 1968, 536 с.

9. Нелсон У.Е. Технология пластмасс на основе полиамидов. М., Химия, 1979, 256 с.

10. Манин В.Н., Громов А.Н. Физико-химическая стойкость полимерных материалов в условиях эксплуатации. Л., Химия, 1980.

11. Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением. М., Химия, 1974, 270 с.

12. Образовательный портал [электронный ресурс] /Физико-химические свойства полиамидов - Режим доступа http://www.chemitradition.ru/cholit-399.html/, свободный.

13. Пикалов Е.С. Методические указания по оформлению выпускных квалификационных работ. Владимир – 2017,33с.

14. https://ibcplastic.ru/equipment/dryers-of-plastic-raw-materials/vacuum-dryers-VBD/

15. http://astronc.ru/crusher_plastic.html

16. https://www.mirvesov.ru/torgovye-vesy/7309.htm

17. http://www.pogruzchiki.com/katalog-pogruzchikov/forklift-loader.asp?pogruzchik=7699

18. Бадагуев, Б.Т. Экологическая безопасность предприятия. Приказы, акты, инструкции, журналы, положения, планы. 2-е изд., пер. и доп. / Б.Т. Бадагуев. — М.: Альфа-Пресс, 2018. — 568 c.

Просмотров работы: 78