XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время уровень мировой экономики и экономики отдельных стран всё в большей мере зависит от уровня развития производства и применения полимерных материалов. Из них получают самые разнообразные изделия: мелко- и крупногабаритные детали машин и механизмов, строительные конструкции, весьма прочные покрытия, устойчивые к действию агрессивных сред, а также высоких температур, изоляционные материалы. Пластмассы заменяют легированную сталь и различные материалы, стекло, а вспененные полимеры – пенопласты – используются вместо войлока и стекловаты в качестве тепло – и звукоизоляционных материалов, без которых немыслимо развитие техники.

Переработка пластмасс – особая область современной технологии, в которой соединяются достижения химии полимеров и материаловедения, химического машиностроения и автоматизации сложных и труднорегулируемых процессов. Переработкой пластмасс заняты практически во всех отраслях народного хозяйства: химической промышленности – на специализированных заводах, в машино-, приборо-, судо-, авиа-, автостроение и др. отраслях.

Высокая экономическая эффективность пластмасс определяется и тем, что процессы их переработки могут быть практически полностью автоматизированы в пределах разумных трат. Это может не только существенно сократить количество занятых на производстве рабочих, а, следовательно, сократить статью расходов, но и с другой стороны обеспечить точное соблюдение параметров технологических процессов, таким образом, повысив и стабилизировав качество продукции. Вследствие перечисленных особенностей пластмассы получили исключительно широкое распространение и эффективно используются практически во всех отраслях глобальной техногенной системы. Мировое потребление пластмасс с 61 млн. тонн в1982 году возросло до 150 млн. тонн в 2019 году и продолжает расти. Весьма интересны статические данные по предприятию переработки пластмасс в странах ЕЭС. Из их анализа следует, что рентабельными являются некрупные производства с числом рабочих от 22 до 110 человек, причем экономическая эффективность таких структур практически не зависит от численности персонала. Логично предположить, что передовая технология переработки, техническое совершенство используемого оборудования и умелая организация производства изделий из пластмасс являются основным условием экономического успеха предприятия конструкция изделия и обоснованный выбор пластмассы должны обеспечивать оптимальную технологию производства, а совершенство его машинного оформления – высокую производительность при минимальных затратах.

Прогресс в области переработки осуществляется развитием научно – исследовательских работ и эксплуатационных свойств материалов, теории механизмов и машин для переработки пластмасс, модификации полимерных материалов для улучшения их технологических свойств, расширением ассортимента и повышением качества изделий, облегчением вторичной переработки отходов их уничтожением без загрязнения окружающей среды.

Литье под давлением – наиболее производительный и весьма прогрессивный метод переработки пластмасс. Выпуск литьевых изделий возрастает с каждым годом.

Литьем под давлением можно получать пластмассовые изделия самых различных конфигураций. Все возрастающее число новых термопластичных материалов и композиций на их основе расширяет ассортимент литьевых изделий. [1.]

Исходя из этих принципов, в данном проекте излагается процесс получения изделий «тройник разборный» и «патрубок-муфта» методом литья под давлением из АБС-пластика.

Характеристика готовой продукции

Тройник разборный - предназначен для соединения гофрированных труб или гладких труб из пластика, образуя Т-образное ответвление. Состоит из двух частей соединяющихся друг с другом. Благодаря разъёмному корпусу, имеет возможность установки на уже смонтированную трассу [11].

Патрубок-муфта - предназначена для прямолинейного соединения гофрированных труб или гладких труб из пластика. В центре муфты, с внутренней стороны, находится ограничитель [11].

Тройник разборный и патрубок муфта изготавливают из акрилонитрилбутадиенстирольного пластика (АБС), так как по своим технологическим свойствам обладает высокой ударной прочностью, стойкостью к истиранию, термостарению, а также экономичен в изготовлении. Поставляется в полиэтиленовых пакетах. Цвет - серый RAL 7035, диаметры – 16, 20, 25, 32 мм. Тройник разборный и патрубок муфта должна соответствовать ТУ 22.21.21-001-52715257-2017.

Согласно, техническим условиям, изделия должны соответствовать следующим свойствам:

Поверхность аксессуаров для труб должна быть ровной и гладкой, допускается незначительная шероховатость, незначительный разнотон, а также незначительные следы от формирующего инструмента, незначительная бугристость внутренней поверхности изделия и отдельные включения. На поверхности не допускаются трещины, пузыри, раковины, недоливы, утяжка, серебро, облой, глубокие следы от толкателей;

Номинальные значения климатических факторов для аксессуаров по ГОСТ 15150 и ГОСТ 15543.1 для климатического исполнения УХЛ категории размещения 2, при этом, диапазон рабочих температур окружающего воздуха от минус 25ºС до плюс 60ºС;

Аксессуары, установленные для нормальной эксплуатации, должны обеспечивать степень защиты от воздействия окружающей среды «Патрубок-муфта» - IP43, «Тройник разборный» - IP40 по ГОСТ 14254.

Ассортимент продукции представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Ассортимент продукции и объем выпуска продукции

Изделие	Краткая характеристика	Сырье	Масса одного изделия, г.	Годовая программа
				тонн/год G	штук/год П
Тройник разборный 16	Аксессуар для труб, предназначенный для соединения гофрированных труб или гладких труб из пластика, образуя Т-образное ответвление.	АБС-пластик марки 2020 – 31М ТУ 2214 – 019 – 00203521 – 96	5,5	6,37	1 158 000
Тройник разборный 20			6,3	7,79	1 236 000
Тройник разборный 25			7,6	6,43	846 240
Тройник разборный 32			12,5	10,3	824 160
Патрубок-муфта 16	Аксессуар для труб, предназначенный для прямолинейного соединения гофрированных труб или гладких труб из пластика.		6,8	4,65	684 260
Патрубок-муфта 20			9,1	8,03	882 640
Патрубок-муфта 25			11	8,30	754 462
Патрубок-муфта 32			18	10,75	597 123
Патрубок-муфта 40			33	10,71	324 678
Патрубок-муфта 50			43	6,67	155 116
Итого:				80

Обоснование выбора сырья

От качества сырья во многом зависит качество выпускаемой продукции, эксплуатационные и потребительские свойства изделий, производительность оборудования, ритмичность работы предприятия, а также нормальное протекание технологического процесса.

Основные термопласты, перерабатываемые литьем под давлением: полистирол, полипропилен, АБС-пластик.

Полистирол – один из первых и наиболее распространенных полимеров, перерабатываемых литьем под давлением.

Полистирол обладает весьма ценными свойствами. Он хороший диэлектрик, жесткий, прозрачный, стойкий к щелочам и многим кислотам. Недостатком полистирола является его склонность к растрескиванию, хрупкость, кроме того, изделия из полистирола имеет относительно низкую температуру эксплуатации (3050 ).

Полистирол нашел широкое применение при изготовлении деталей радиоаппаратуры, высокочастотных приборов, тары для фармацевтических препаратов, изделий домашнего обихода, изделий, имитирующих хрусталь. Ударопрочный полистирол используют для изготовления крупногабаритных изделий – холодильников, корпусов радиоприемников, ящиков и контейнеров для транспортирования различных товаров.

Полипропилен – жесткий прочный полимер, изделия из него можно подвергать стерилизации при 100-110 . Этот полимер, однако, не стоек к действию низких температур (малая морозостойкость). Также к недостаткам полипропилена можно отнести низкую стойкость к действию УФ-излучения, ударной нагрузки и образованию трещин.

К плюсам полипропилена можно отнести невысокую стоимость и прочность. Полипропилен является одним из наиболее легких полимеров из всех стандартных пластмасс. Эта особенность позволяет использовать его при производстве легких конструкций.

Из полипропилена изготавливают предметы санитарии, игрушки. Хозяйственные изделия (тазы, ведра, ручки щеток, вилок и ножей) и т.д. Применяют его также в мебельной промышленности [1].

АБС - пластики обладают высокой ударной прочностью, повышенной стойкостью к нефтепродуктам, термо- и светостарению. Также к преимуществам АБС-пластика можно отнести устойчивость к воздействию влаги, простота обработки, возможность принимать любую форму, сохраняя при этом все заявленные характеристики и свойства, долговечность.

Недостатками материала являются то, что он совершенно не устойчив к воздействию ультрафиолета. Именно поэтому воздействие прямых солнечных лучей может в скором времени привести к обесцвечиванию поверхности, о чем не стоит забывать. Уменьшить проявление этого недостатка удастся только лишь при добавлении определенных компонентов в состав материала.

В зависимости от области, в которой будет применяться изделие из данного полимерного материала, к его свойствам предъявляется ряд различных требований. Для изготовления деталей используется АБС - пластик, который обладает характеристиками, необходимыми для этой продукции.

Характеристика выбранного сырья

Акрилонитрилбутадиенстирольные пластики (АБС–пластики) получают привитой сополимеризацией смеси стирола с акрилонитрилом и полибутадиеновым каучуком в эмульсии. Стирол придает пластмассе ударную прочность; акрилонитрил в качестве сополимерного компонента увеличивает температуру размягчения и поверхностную твердость; бутадиеновый каучук добавляют для придания эластичности и равномерности усадки. Метод привитой сополимеризации позволяет получать материалы с более равномерным составом, лучшей перерабатываемостью в изделия и более высокими физико-механическими свойствами.

Формула акрилонитрилбутадиенстирола (АБС) ((C₈H₈)_А·(C₄H₆)_n·(C₃H₃N)_B)):

Сополимеры АБС предназначены для изготовления деталей методами литья под давлением и экструзией изделий технического и бытового назначения. Выпускаются стабилизированными в виде окрашенных и неокрашенных гранул.

Для производства «тройника разборного» и «патрубок-муфты» применяем марку АБС – 2020 – 31М светло-серого цвета, высшего сорта ТУ 2214 – 019 – 00203521 - 96. Показатели свойств приведены в таблице 2. Обозначение сополимера состоит из буквенного и цифрового обозначения, где 2020-вид стабилизатора (термостабилизатор), а 31М – рецептура стабилизации.

Поставщиком материала является ОАО «Пластик», Тульская область.

Таблица 2 – Показатели свойств АБС – 2020 – 31М

Наименование показателя	Значение величины
Плотность, кг/м3	1050
Насыпная плотность, кг/м3	624
Показатель текучести расплава, г/10 мин	14,0-18,0
Усадка при литье под давлением, %	0,3 ÷ 0,7
Температура плавления, оС	150 ÷180
Температура размягчения по Вика, оС	97
Температура размягчения при изгибе, оС	100
Теплостойкость по Мартенсу, оС	75 ÷ 90
Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК)	0,095 ÷ 0,141
Коэффициент температуропроводности, м2/с	1 · 10-7
Коэффициент линейного теплового расширения в температурах от 0 до 70оС	8,0
Теплоемкость, кДж/(кгК)	2,095
Твердость по Роквеллу, МПа	110 ÷ 115
Твердость при вдавливании шарика под нагрузкой, МПа	68,6 ÷ 80,4
Предел текучести при растяжении, МПа	38,2
Относительное удлинение при разрыве, %	22
Модуль упругости при статическом изгибе МПа	1570 ÷ 1760
Водопоглощение за 24 часа, %	0,20
Допустимая влажность, %	0,1
Массовая доля остаточных мономеров, %: стирола акрилонитрила	0,05 0,001

АБС – 2020 – 31М должен изготавливаться в соответствии с требованиями ТУ 2214 – 019 – 00203521 – 96.

АБС - 2020 – 30 упаковывают в полиэтиленовые мешки по 25 ± 0,25 кг.

Мешки должны храниться в крытом, сухом, чистом помещении на полках или поддонах, отстоящих от пола не менее чем на 5 см, расстояние от отопительных приборов должно быть не менее 1,5 м.

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, ротационное формование, компрессионное формование. 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. Этими способами изготавливают изделия, которые в силу каких-либо причин невозможно получить другими методами, либо в мелкосерийном производстве.

Ротационное формование – процесс изготовления полых изделий из порошков или паст (пластизолей) полимерных материалов. При ротационном формовании дозированную порцию материала загружают в полую металлическую форму, которую герметично закрывают, приводят во вращение в одной или в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и одновременно нагревают. После гомогенизации расплавленной композиции форму охлаждают и извлекают изделие. Ротационное формование позволяет получать крупные объёмные изделия, такие, как корпуса аккумуляторов, топливные баки для автомобилей и т. п.

К преимуществам ротационного формования, по сравнению с другими методами получения полых изделий, относятся простота изготовления и дешевизна оснастки, возможность варьирования толщины стенки (вплоть до 15-20 мм), очень низкий уровень остаточных напряжений в готовом изделии, практически полное отсутствие отходов и, как следствие, экономичность процесса. Благодаря интенсивному развитию в последние годы обнаружен ряд технологических преимуществ этого метода — возможность получения изделий сложной формы со стенками различной толщины, многослойных изделий и т. д. Низкая стоимость оснастки в ряде случаев делает экономически целесообразным использование ротационного формования для получения малых партий изделий. Недостатками процесса являются длительность цикла формования, ограниченный выбор материалов и их относительно высокая стоимость, низкий уровень размерной точности готовых изделий [12].

Компрессионное формование – процесс переработки листовых и плёночных материалов путём предварительного нагрева заготовки до размягчения, придания ей определённой формы с помощью штампов, сжатого воздуха или вакуума, и охлаждения изделия. Методом формования изготавливают изделия различной конфигурации, имеющие одинаковую толщину всех стенок. Особенно широко применяется формование при изготовлении крупногабаритных изделий (ванны, панели холодильников) или тонкостенных изделий (упаковочная тара), когда литьё под давлением неприменимо.

Главным преимуществом компрессионного формования является способность производить изделие со стабильными размерами и относительным отсутствием остаточных напряжений при низком давлении впрыска, а также возможность добиться снижения усилия смыкания формы (обычно на 20 - 50%) и сокращения времени цикла. Напомним, что в традиционной литьевой машине создаются значительное давление впрыска и уплотнение расплава в сопле машины, чтобы его было достаточно для достижения потоком расплава всех удаленных зон полости и уплотнения.

Недостатки компрессионного формования можно свести к следующим пунктам:

литьевые формы для этого технологического процесса относительно дороги и изнашиваются в процессе прессования; 

необходимы дополнительные затраты на модернизацию литьевой машины, а именно, модуль управления стадией прессования;

экономически технология оправдана только в рамках крупносерийного производства (например, компакт-дисков) или при получении изделий, в которых необходимы минимальные внутренние остаточные напряжения (например, оптических линз) [12].

Литьё под давлением – основной метод переработки термопластов. Им перерабатывается до 65% всех термопластов. Этим методом получают изделия массой менее 1 г до 50 кг.

Высокую точность отливки в изделиях сложной конфигурации дает литье под давлением. Это один из наиболее распространенных методов переработки пластмасс в изделия, который заключается в загрузке материала в бункер, уплотнение и продавливание его шнеком из зоны загрузки в зону сжатия, размягчения и расплавления гранул за счет повышенной температуры и перехода материала в вязкотекучее состояние в нагревательном цилиндре и инжекции (впрыске) его в литьевую форму, где материал приобретает необходимую форму и затвердевает. Литье под давлением – периодический процесс, в котором технологические операции выполняются в определенной последовательности по замкнутому циклу. Поэтому процесс литья под давлением просто автоматизируется.

При выборе метода переработки исходят главным образом из экономичности способа, его оптимальности на основе технологических свойств перерабатываемого материала, производительности.

Исходя из конструктивных особенностей деталей и свойств материалов

такие детали, как «тройник разборный» и «патрубок-муфта» целесообразнее получать методом литья под давлением.

Литье под давлением – процесс формования изделий из полимерного материала, который предварительно пластифицируется в обогреваемом цилиндре и затем впрыскивается в замкнутую охлаждаемую для термопластов форму, где материал затвердевает. Температура цилиндра и формы регулируется и изменяется в зависимости от свойств перерабатываемого материала. Литье под давлением является одним из основных методов переработки АБС – пластика в изделия. Этот метод обеспечивает хорошие условия труда благодаря автоматизации и механизации производства.

Основными недостатками метода являются: большие начальные затраты на оборудование, высокая стоимость литьевых форм, литьем под давлением трудно получить изделия с большой разнотолщинностью.

Но, несмотря на недостатки, литьё под давлением имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами:

высокая производительность за счет нагрева термопласта вне литьевой формы, что позволяет впрыскивать расплав в непрерывно охлаждаемую форму;

высокая точность размеров и чистота поверхности изделий;

минимальная дополнительная обработка;

малый износ пресс-форм;

возможность получения тонкостенных изделий со сложной арматурой;

возможность получения изделий из пластмасс, которые совсем не

нуждаются или в незначительной степени нуждаются в механической обработке;

возможность полной автоматизации.

Поэтому для изготовления данных изделий выбираем прогрессивный метод переработки термопластов – литье под давлением.

Физико-механические основы технологического процесса

Переработка пластмасс в изделия литьём под давлением связана с изменением тепловых свойств полимерных материалов, а так же внутренних и внешних условий действующих на них. Особую роль в процессе переработки термопластов играют условия возникновения и развития деформаций, поскольку основной целью литья, является придание формы определённой конфигурации.

Качество изделий изготовляемых методом литья под давлением в значительной степени зависит от выбора оптимальных режимов переработки (температура литья, формы, давления литья, время цикла). Кроме этих параметров на протекание процесса литья оказывает влияние конфигурация изделия, конструкция литьевой машины и свойства материала (вязкость в диапазоне температуры переработки, термостабильность и др.). Свойства изделий определяются его плотностью, степенью ориентации молекул, уровнем внутренних напряжений, структурой материала (аморфная или кристаллическая) и т.д.

Полимеры могут либо кристаллизоваться, либо оставаться при всех температурах аморфными. Кристаллические полимеры (полиэтилен, полипропилен, полиамиды и др.), характеризуются высокой степенью упорядоченности структуры, в которой порядок распространяется на расстояния, превышающие размеры молекул в сотни и тысячи раз. Аморфные полимеры – поливинилхлорид, полистирол и его сополимеры.

Полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. Эти состояния и границы их существования изучают с помощью различных структурных методов, но чаще всего их определяют по изменению механических свойств полимеров, например деформационных. Зависимость деформации полимера от температуры определяют термомеханическим методом.

При постоянном напряжении эту зависимость называют термомеханической кривой (рисунок 1). В стеклообразном состоянии участки макромолекул связаны настолько прочно, что энергия межмолекулярного взаимодействия оказывается больше энергии их теплового движения, и оно не в состоянии изменить их расположения. При нагревании полимер переходит в высокоэластическое состояние. Это обусловлено гибкостью больших молекул. Средняя температура этого интервала называется температурой стеклования (Тс).

При дальнейшем нагревании полимер переходит в вязкотекучее состояние. Эта область является важной для переработки термопластов в связи с возможностью получения больших деформаций при небольших напряжениях. Межмолекулярное взаимодействие ослабевает настолько, что молекулы приобретают возможность перемещаться друг относительно друга как единое целое. Средняя температура этого интервала называется температурой текучести (Тт).

Р исунок 1 - Термомеханическая кривая аморфного полимера.

где, Т_с - температура стеклования;

Т_т – температура текучести.

В стеклообразном состоянии деформация сополимера под влиянием постоянной нагрузки (растяжение, сжатие, и т. д.) мала, и линейно растёт, с повышением температуры, в этом состоянии полимер ведёт себя как хрупкое твёрдое тело, для которого характерна упругая деформация, исчезающая после снятия напряжения со скоростью звука.

В высокоэластичном состоянии деформация полимера под влиянием постоянной нагрузки весьма значительна; сначала с повышением температуры деформации увеличивается, а затем, по достижению определённого предела, становится постоянной.

В этом состоянии сополимер ведёт себя, как эластичное тело, для которого характерна деформация, исчезающая после снятия нагрузки постепенно в течение некоторого времени. Изменение формы тела в этом состоянии обусловливается перемещением отдельных звеньев цепных молекул.

Для вязкотякучего состояния характерно то, что после снятия напряжения деформации не исчезает, форма деформированного тела не изменяется. В этом состоянии термопласты перерабатываются литьём под давлением. При этом для более качественного процесса литья термопласт должен обладать сравнительно небольшой вязкостью. Верхний предел температур переработки термопластов ограничен нежелательно низким значением вязкости, а также началом процесса деструкции.

АБС пластик – аморфный полимер. Температура плавления различных марок АБС составляет от 180 до 230 ⁰C. Температура материального цилиндра должна приблизительно на 200 ⁰C превышать температуру плавления полимера. Сопло материального цилиндра должно иметь самостоятельный регулируемый обогрев. Скорость впрыска должна быть большой во избежание преждевременного остывания материала. Усадка может достигать 0,3-0,7% в зависимости от конфигурации изделия, режимов литья.

Время пребывания материала в разогретом цилиндре влияет на прочность отливаемых изделий.

При дальнейшем пребывании материал разлагается, и прочность изделий сильно снижается.

Деструкция акрилонитрилбутадиенстирола:

Окисление происходит с образованием циклических структур:

Окисление вызывает изменение окраски на оранжево-коричневый, и далее на черный цвет.

Описание технологической схемы производства

На перерабатывающее предприятие сырье поступает на склад сырья (СС) на машине – газели (МГ₁), упакованным в полиэтиленовые мешки. Сырье следует хранить в сухом помещении, без резких колебаний температур. Его укладывают партиями на стеллажи, к каждой партией должен быть обеспечен легкий доступ. Перед подачей в производство сырье проверяют на соответствие его требованиям техническим условиям. После этого проверенное сырье при помощи тачки (Т₁) направляется в цех к литьевой машине (ЛМ).

Затем с помощью тросового шланга материал попадает в бункер литьевой машины. Далее сырье поступает в материальный цилиндр литьевой машины (ЛМ). Здесь, материал нагревается и плавится, после чего впрыскивается в литьевую форму, где происходит формование изделий. Отформованные изделия складывают в тару для деталей (Д), далее поступает на контроль ОТК и литейщик пересыпает изделия в бункер автоматического упаковщика (АУ). Далее пакеты с продукцией поступают на стол упаковки (КУ). Упакованная продукция в транспортировочную упаковку при помощи тачки (Т₂) направляется на склад готовой продукции (СГП). Готовая продукция со склада готовой продукции отгружается машиной (МГ₂) на продажу.

Литники и забракованные изделия собирают в тару для отходов (О) и направляют на измельчение в дробилку (ДР). Далее измельченный АБС направляется на весовое дозирование (ВД). После взвешивания вторичный АБС при помощи тачки (Т₃) направляется на склад вторичного сырья (СВС). Вторичное сырье также отправляется на продажу.

Структурная схема состоит из следующих стадий:

транспортировка и дозирование сырья;

литьё (температура: по зонам цилиндра I - 180±5 ⁰C; II - 200±5 ⁰C; III - 210±5 ⁰C, сопла 210 ⁰С, формы 70±5 ⁰С, давление литья 100 МПа);

механическая обработка изделий;

контроль готовой продукции и упаковка;

переработка отходов.

Нормы технологического режима и контроль производства

Правильный и своевременный технологический контроль продукции – одно из основных условий равномерной и ритмичной работы предприятия. Непрерывный контроль производства необходимо осуществлять на всех стадиях процесса. Состав, нормы на параметры, последовательность и планы контроля изделий в процессе производства устанавливаются в технологической документации. Для обеспечения хорошего качества изделий важны:

качественное изготовление литьевой формы;

отладка четкого автоматического контроля основных технологических параметров (время, температура, давление);

контроль качества изделий в процессе производства;

основным условием получения изделий хорошего качества является работа в отлаженном режиме с автоматическим регулированием технологических параметров;

Поступающий на предприятие материал сопровождается соответствующими документами, в котором указаны его основные характеристики. Для определения соответствия характеристик, указанных в сопроводительном документе, проводят входной контроль. Входной контроль проводится для определения параметров переработки, также для определения соответствия характеристик требованиям ТУ 2214-019-00203521-96. При входном анализе происходит определение основных механических, теплофизических, электрических и технологических свойств АБС – 2020 – 31М.

Проверка оснастки на соответствие нормам проводится по стандарту предприятия. Стандарт предприятия устанавливает технические требования, правила приёмки и испытания литьевых форм, методы контроля, правила эксплуатации, маркировки, упаковки, транспортирования и хранения, требования безопасности.

Контроль соблюдения технологических режимов переработки осуществляется рабочими, мастерами и технологами при помощи измерительных приборов и средств автоматизации.

Контроль качества готовой продукции проводится в отделе технического контроля (ОТК) при помощи универсального мерительного инструмента или калибров в соответствии с правилами приёмки и методами контроля (ОСТ В84‑1602‑90).

Контроль производства по стадиям процесса приведены в карте контроль производства, таблица 3.

Таблица 3 – Технологический контроль производства

Наименование стадии процесса	Контролируемый параметр	Частота и способ контроля	Допустимая норма и показатель	Метод контроля	Кто контролирует
Приемка сырья	Показатель текучести расплава	Каждая партия	Согласно ТУ 2214–019– 00203521 -96 ПТР 14,0-18,0	Прибор ИИРТ-М	Лаборант
Литье под давлением	Температура литья по зонам цилиндра: I II III	Постоянно	180 ± 5 200 ± 5 210 ± 5	Термопара	Литейщик
	Температура сопла	Постоянно	210	Термопара	Литейщик
	Температура формы	Постоянно	70 ± 5	Термопара	Литейщик
	Давление впрыска	Постоянно	100 МПа	Манометр	Литейщик
	Время охлаждения	Постоянно	7 с	Реле времени	Литейщик
Механическая обработка	Внешний вид	Постоянно	Контрольный образец	Визуально	Литейщик
Контроль и упаковка	Внешний вид и размеры	Постоянно	Согласно ТУ 22.21.21-001-52715257-2017	Визуально, измерительные приборы и калибры	Контролер ОТК
Дробление отходов	Цвет, наличие грязи, размеры	Постоянно	Согласно стандарту	Визуально	Дробильщик

Контроль литейщика пластмасс

Литейщик пластмасс непосредственно подчиняется мастеру участка. Основной задачей является изготовление деталей на термопластавтоматах заданного качества и контроль технологического процесса. Перед началом и после окончания работы литейщик обязан проверить комплектность пресс-формы, отсутствие повреждений на рабочих поверхностях пресс-формы (трещины, задиры, поломка знаков). Деталь проверить визуально на отсутствие брака.

Контроль мастера

В течение смены проводить контроль соблюдения технологического процесса литья, техники безопасности. Определять ответственность, полномочия и взаимодействие подчинённых работников, контролировать результаты их работы по выполнению планов производства продукции, противопожарной защиты и производственной санитарии. Обеспечивать ритмичное выполнение участком плановых заданий. Обеспечивать рациональное использование производственных мощностей, экономное расходование сырья, материалов и полуфабрикатов, организуя правильное их хранение, складирование, расход, и движение, выполнение рабочими норм выработки.

Контроль ОТК

Отдел технического контроля (ОТК) призван, совместно с технологом, обеспечивать соблюдение технологического режима. Необходимо 1-2 раза в месяц проводить контроль соблюдения технического процесса. Проверку деталей проводить согласно карте контроля на деталь.

Виды брака и способы его устранения

В зависимости от режимов и качества сырья могут возникнуть различные виды брака. Причины возникновения и способы его устранения приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Причины возникновения брака и способы его устранения

Виды брака	Причины возникновения брака	Способы его устранения
Недоливы - не полностью оформленное изделие.	Недостаток материала в инжекционном цилиндре, что является результатом: низкой температуры массы, когда расплав сравнительно мало подвижен и не заполняет всю полость формы; недостаточного давления передаваемого на расплав; низкой температурой формы – расплав, соприкасаясь с оформляющей поверхностью формы, настолько быстро остывает, что теряет подвижность и не заполняет весь объем гнезда. [1.] Засорение литникового и разводящих каналов формы.	Отрегулировать дозировку. Очистить литьевую форму.

Продолжение таблицы 4

Виды брака	Причины возникновения брака	Способы его устранения
Грат, облой	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.
Серебро – следы расслоения пластмассы, заметные в отраженном свете на изделиях в видел очень мелких блесток.	Влажный разнородный материал.	Сменить или подсушить материал.
Коробление – существенное изменение конфигурации изделия по сравнению с конфигурацией формы.	Извлечение из формы недостаточно охлажденного изделия. Внутренние напряжения в изделии из-за неравномерного остывания материала в форме.	Усилить охлаждение формы. Отрегулировать или изменить охлаждение формы.
Темные полосы на поверхности изделия	Местный перегрев материала. Наличие мертвых зон в цилиндре и сопле.	Понижение температуры расплава. Ликвидация мертвых зон

Расчет и выбор основного оборудования

Основным технологическим оборудованием для получения изделий из пластмасс литьем под давлением являются литьевые машины (термопластавтомат), которые выпускаются серийно. Выбор литьевой машины осуществляют по объему впрыска и усилию смыкания.

По расчетному объёму впрыска применяют термопластавтомат марки Haitian МА1200 II S/400 с объемом впрыска 214 см³. Техническая характеристика литьевой машины представлена в таблице 5 [13].

Таблица 5 – Технические характеристики машины Haitian МА1200 II S/400

Наименование	МА1200 II S/400
Узел впрыска
диаметр шнека, мм	40
отношение длина/диаметр шнека	21

Продолжение таблицы 5

Наименование	МА1200 II S/400
объем впрыска (теоретический), см³	214
вес впрыска (PS), г	194
скорость впрыска (PS), г/с	135
давление впрыска, Мпа	186
скорость пластификации, кг/ч	21,8
скорость вращения шнека, обр./мин	0-275
Узел смыкания
усиление смыка, кН	1200
ход плиты, мм	360
расстояние между колоннами. мм	410х410
Расстояние между плитами, мм	480
макс. высота формы, мм	450
мин. высота формы, мм	150
ход толкателя, мм	120
усилие толкателя, мм	33
Прочее
мощность нагревателей, кВт	11,75
габаритные размеры станка (д*ш*в), м	4,6х1,3х2,0
масса станка, т	4,35
вместимость бункера, кг/ч	25
емкость масляного бака, л	170

Описание работы основного оборудования

Любая литьевая машина состоит из следующих основных устройств: устройства для плавления гранулированного или порошкообразного материала и механизма для впрыска расплава в форму. Обычно эти два устройства конструктивно объединяют в один общий блок, который называется инжекционным механизмом или литьевой головкой, охлаждаемой или обогреваемой формы, состоящей из отдельных частей и раскрывающейся в момент удаления изделия; приспособления для выталкивания готового изделия из полости формы; замыкающего пресса гидравлического; аппаратуры управления отдельными параметрами цикла (температурой расплава, температурой пресс-формы, объемом впрыска, продолжительностью цикла и т.д, вспомогательной аппаратуры; приводов гидравлических ; устройств, обеспечивающих безопасность работы.

В зависимости от расположения плоскости разъема формы литьевые машины подразделяются на горизонтальные, вертикальные и угловые; в зависимости от типа привода замыкающего пресса на механические, гидравлические, гидромеханические и пневматические.

Литьевая машина состоит из двух наиболее важных узлов: инжекционного узла и узла смыкания. Литьевая машина состоит из: станины, цилиндр узла запирания формы, направляющей колонны, узла запирания форы, панели управления, материального цилиндра, элекронагревателя, загрузочного бункера, дозирующего устройства, цилиндра узла впрыска.

Узел смыкания отвечает за быстрое и надежное размыкание и смыкание литьевой формы. Он должен обеспечивать создание усилия, необходимого для удержания формы в закрытом состоянии. Конструкция этого узла должна способствовать облегчению извлечения изделия из литьевой формы.

Усилие, необходимое для удержания литьевой формы в закрытом состоянии, может быть создано механическим способом с помощью коленчато-рычажного, винтового или какого-либо другого механизма. Используются в конструкциях узлов смыкания и гидравлические механизмы. Получили распространение и комбинированные — гидромеханические системы.

В задачи узла пластикации входит загрузка полимерного материала в материальный цилиндр через загрузочный бункер, его транспортировка за счет вращения шнека от загрузочного отверстия материального цилиндра к соплу. При этом должны происходить нагрев и переход полимера в вязкотекучее состояние, пластикация и гомогенизация расплава полимера, а также набор определенного количества пластицированного полимерного материала на участке цилиндра между наконечником шнека и соплом.

После набора дозы за счет осевого перемещения шнека в направлении мундштука расплав полимера впрыскивается в формующую полость литьевой формы. Во время впрыска шнек действует аналогично поршню.

Станина служит для размещения на ней отдельных элементов конструкции литьевой машины и их надежного крепления.

Управление процессом осуществляется с помощью таймеров, электронных датчиков времени или микропроцессора.

Размещение дополнительных регулирующих устройств помогает контролировать заполнение формы и ее подпитку (например, в зависимости от давления массы в литьевой форме). Температура материального цилиндра, как правило, контролируется электронными датчиками.

Выбор вспомогательного оборудования

При производстве деталей методом литья неизбежно возникают отходы, большую часть которых можно перерабатывать вторично. Для измельчения выбираем дробилку марки ИПР - 100 - 1 - А. Техническая характеристика, которой приведена в таблице 6.

Таблица 6 – Техническая характеристика дробилки ИПР - 100 - 1 - А.

Наименование	Показатель
Производительность, кг/ч	25 - 60
Диаметр отверстий в калибровочной решетке, мм	6 - 8
Диаметр ротора, мм	100
Частота вращения ротора, об/мин	1500
Число ножей ротора	3
Число ножей статора	2
Общая установленная мощность, кВт	1
Максимальные габариты перерабатываемых изделий, мм	300х130х110
Габариты, мм	520х460х1015
Масса, кг	80

Для автоматической упаковки продукции используем автомат упаковочный РТ-УМ-26, дозатор мультиголовочный весовой марки DPM 410 SР и транспортер загрузочный с прямой стрелой РТ-ТВЛ-01. Технические характеристики указаны в таблицах 7-9 [14].

Таблица 7 – Техническая характеристика автомата упаковочного РТ-УМ-26.

Наименование	Показатель
Кинематическая производительность, упак./мин, до	100
Производительность с продуктом (в зависимости от дозы и вида продукта), упак./мин	по производительности дозатора
Размеры пакета, мм: – длина (за один цикл) – ширина	50–280 60–200

Продолжение таблицы 7

Наименование	Показатель
Упаковочный материал — термосвариваемые пленки – толщина, мкм	20–100
Тип нагревательных элементов	с постоянным нагревом
Размеры бобины пленки, мм, не более: – ширина – наружный диаметр – внутренний диаметр втулки	440 400 76
Номинальные параметры потребляемого переменного электрического тока: – напряжение питания, В – частота тока, Гц	220 50
Установленная мощность, кВт, не более	2,0
Расход воздуха, л/мин, не более	700
Давление воздуха (в пневмосистеме), МПа	0,6
Габаритные размеры (Д × Ш × В), мм, не более	1800 × 1100 × 1300
Масса, кг, не более	400

Таблица 8 – Техническая характеристика транспортера загрузочного с прямой стрелой РТ-ТВЛ-01.

Наименование	Показатель
Ширина ленты, мм:	200…500
Скорость движения ленты, м/мин: — для U=220 В (регулируемая)	15,0…45,0
Емкость загрузочного бункера, м3	0,086; 0,12; 0,2; 0,6
Размеры загрузочного окна, мм	700х530; 650х650; 830х830; 1270х1320
Высота окна загрузки, мм, не более	950; 1160; 1200
Установленная мощность, кВт, не более	1,06
Номинальные параметры потребляемого переменного электрического тока: — напряжение питания, В — частота, Гц	220*; 380 50
Габаритные размеры, мм, не более: — длина — ширина — высота	7000 1500 4600
Масса, кг, не более	500

Таблица 9 – Техническая характеристика дозатора мультиголовочного весовой марки DPM 410 SР.

Наименование	Показатель
Количество головок	10
Границы взвешивания, г	10-3000
Объем взвешивания, мл	2500
Макс. вес, г	3000
Макс. скорость взвешивания, уп./мин	120

Продолжение таблицы 9

Наименование	Показатель
Количество программ	0-99
Потребляемая мощность, кВт	2,0
Напряжение, В	220

Для транспортировки мешков с сырьем и готовой продукции используем вилочный электропогрузчик модели Hyundai 35D-9K. Технические характеристики представлены в таблице 10 [15].

Таблица 10 – Техническая характеристика электропогрузчика Hyundai 35D-9K.

Наименование	Показатель
Модель двигателя	KUBOTA V3800-CR-T
Тип двигателя	diesel
Мощность двигателя, кВт	94,1
Ходовая скорость (без груза), км/ч	27,7
Грузоподъемность, кг	3500
Высота, мм	2220
Длина, мм	3110
Максимальная скорость движения, км/ч	27,7
Мин. радиус поворота, мм	2868
Производитель	HYUNDAI
Размеры вил, мм	1070x122x50
Ширина, мм	1370
Эксплуатационная мощность, кВт	94,1

Для взвешивания сырья выбираем весы платформенные Элефант-2. Технические характеристики представлены в таблице 11 [16].

Таблица 11 – Характеристики весов платформенных Элефант-2.

Наименование	Показатель
Наибольший предел взвешивания, кг	600-3000
Наименьший предел взвешивания, кг	2-20
Дискретность показаний весов, «цена деления», кг	0.1-1
Диапазон температур,	-20…+50
Размеры грузоприемного устройства, мм	1250х1250

Экологичность и безопасность производства

В процессе переработки пластмасс происходят выбросы газообразных продуктов, сточных вод и твердых отходов, которые загрязняют окружающую среду. Очистка газообразных выбросов и сточных вод от вредных веществ, утилизация образующихся отходов важнейшая задача.

Наиболее радикальным способом защиты окружающей среды от выбросов является создание безотходных технологий или создание технологических процессов, при которых количество отходов сведено до минимума.

На производствах часть израсходованного сырья идёт в отходы (заусенцы, литники). На проектируемом предприятии литники дробят и используют в производстве деталей в небольшом количестве.

Строгое соблюдение всех технологических требований обеспечивает минимальное количество отходов, сохранность оборудования, качество выпускаемой продукции и безопасность работы.

Для предотвращения нарушения технологического режима применяются автоматические регуляторы температуры, давления газоанализаторов, которые фиксируют и регулируют предельно допустимые концентрации вредных веществ.

Во избежание утечки вредных веществ в атмосферу или в почву герметичность оборудования проверяют как при его установке, так и процессе эксплуатации. Сравнение с нормами результатов испытаний позволят определить степень герметичности оборудования и сделать выводы о необходимости его замены, ремонта или других мер, устраняющих газовыделения. Основная часть выделяющихся газообразных вредностей улавливается местными отсосами, остальные растворяются системами общеобменной вентиляции. Промышленные выбросы в атмосферу обычно поступают принудительно через дымоотводные трубы и вентиляционные каналы, поднимающиеся на высоту 50 -100 метров и более. Этим достигается рассеивание газов в относительно большом объеме воздуха. Для производств по переработке пластмасс так же можно использовать адсорбционно – окислительные установки, где стиролсодержащие газы окисляются до диоксида углерода и воды при температуре газового потока 350 – 400 ⁰С. Так же следует проводить очистку от пыли (ПДК_пыль = 6 мг/м³). Воздух, удаляющийся от дробилок, перед выбросом в атмосферу подвергается очистки в циклонах, электрофильтрах.

Используемая в производстве вода обычно не соприкасается с вредными веществами и считается условно чистой, но может содержать взвешенные частицы ПДК = 255 мг/м³. Мероприятия по охране водоёмов и других источников водопользования должны охватывать комплекс технических решений, уменьшающих расходы примоточной хозяйственно – литьевой воды и ликвидирующих возможность загрезнения отходами производства окружающих источников водопользования. По очистке сточных вод следует применять механическую очистку:

процеживание сточной воды через решетки и сетки,

улавливание в песколовках тяжелых примесей,

отстаивание в отстойниках,

удаление твердых взвешенных частиц в гидроциклонах.

Показатели ПДК и действие на организм при литье пластика АБС указаны в таблице 12.

Таблица 12 – Предельно-допустимые концентрации содержания вредных веществ

Наименование загрязняющего вещества	Величина ПДК, (мг/м3)	Класс опасности	Действие на организм
стирол	5	4	Вызывает нарушение функции вегетативной системы, астенические реакции.
CO	20	4	Вызывает удушение, действие на центральную и периферическую системы.
пары нитрила акриловой кислоты	0,5	2	Оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей.

Несмотря на большое внимание, уделённое методам утилизации и обезвреживание отходов пластмасс, часть отходов вывозят на свалки. Захоронение отходов производится по ТУ6-10-1023832-10-92 на специальных полигонах, площадь которых определяется расчётным сроком их эксплуатации.

Захоронение твёрдых отходов второго и третьего класса опасности, нерастворимые в воде, проводят в котлованах с прослойным уплотнителем. Наивысший уровень отходов в котлованах должен быть ниже планированной отметки, прилегающей к котлованам территории, не менее чем на 2 метра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе рассмотрена технология изготовления изделий из АБС-пластика методом литья под давлением. В технологической части проекта приведена характеристика исходного сырья и готовой продукции. Описан метод переработки и физико – химические основы технологического процесса. Представлена технологическая схема производства. Приведено описание контроля производства. Освещены вопросы охраны окружающей среды и охраны труда.

В расчетной части работы выполнены расчеты и выбор основного и вспомогательного оборудования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основные источники:

В.Ф. Наумов, Г.З. Наумова, Н.А. Кононов. В.К. Иванов: Литье под давлением (Библиотечка рабочего по переработке пластмасс.) «Химия» Ленинград, 1973.

Швецов Г.А. Технология переработки пластмасс: учебник / Г.А. Швецов, Д.У. Алимова, М.В. Барышникова. - М.: Химия, 1998. - 512 с. (не переиздавался).

Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением, Москва, Химия, 1974. - 270 с. (не переиздавался).

Крыжановский В.К. Технические свойства полимерных материалов: Учеб.- справ. пособие/В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов, А.Д. Приматченко и др. – СПб.: Профессия, 2013. – 240 с.

Крыжановский В.К., Кербер М.Л., Бурлов. В.В. Производство изделий из полимерных материалов, ЦОП Профессия, 2008 – 464 c.

Оссвальд Т., Турнг Л.-Ш., Грэманн П. Дж., под ред. под ред. Э. Л. Калинчева Литье пластмасс под давлением, ЦОП Профессия, 2005 – 712 c.

Брацыхин Е.А., Миндлин С.С, Стрельцов К.Н., Переработка пластмасс в изделия. Изд. «Химия», 1966.

Завгородский В.К., Калинчев Э.Л., Марам Е.И., Литьевые машины для термопластов и реактопластов, Изд. Машиностроение, 1968.

Наумов В.Ф., Наумова Г.З., Производство изделий из пластических масс литьем под давлением, Госхимиздат, 1958.

Методические указания к выполнению курсового и дипломного проекта по теме «Проектирование производств по переработке пластмасс методом литья под давлением» /Владим. гос. техн. Ун-т; Сост.: З.А. Кудрявцева, Ю.Т. Панов, Владимир, 1996. 40 с.

Интернет – источники:

https://www.promrukav.ru/

https://plastinfo.ru

https://www.haitian.ru

https://r-t.ru

https://pogruzchik-hyundai.ru

весар.рф

Код для цитирования: Скопировать