XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Пластмассы являются высокоэффективными в технологическом, потребительском и, в конечном счете, в экономическом плане. Получение изделий из пластмасс – высокорентабельное производство со сроком окупаемости капиталовложений в пределах одного-трех лет. [1]

Дешевизна, простота изготовления и высокие эксплуатационные характеристики делают пластмассы самым производимым материалом в мире. В процессе создания синтетические полимеры могут принимать практически любую форму — от листов до тончайших нитей.

Более того, пластмассы отличаются высокой химической стойкостью к кислотам и щелочам, водоустойчивостью, не подвергаются коррозии, а также плохо проводят тепло и электрический ток.

Рынок пластиковых изделий, относится к быстро растущему, среднегодовой прирост которого составляет около 7-8% в год. По итогам 2021 года, производство на российском рынке пластмассовых изделий выросло на 7,7%.

Что касается производства пластиковой тары, то в ближайшие 2-3 года, по оценкам экспертов, рынок будет развиваться и расти с темпами около 10 – 15% в год. Таким образом, тенденция роста останется без изменений, в РФ еще есть куда расти и развиваться.

Всемирный успех этой отрасли проявляется в основном в росте объёмов сбыта пластмасс и каучука в качестве производственного сырья, которые за период с 1950 по 2017 год в среднем увеличивались на 8,5% ежегодно. Конечно, сегодняшние темпы роста далеки от показателей 50-70-х годов прошлого столетия, тем не менее, с начала двухтысячных они сохраняются на уровне 4 – 5% ежегодно. Однако наблюдаются незначительные различия в зависимости от региона, разновидности продукции или сферы её применения.

Движущей силой глобального роста отрасли по-прежнему остается, прежде всего, увеличение численности населения планеты, а также постоянно растущий уровень жизни человечества. Как следствие, непрерывный рост демонстрируют основные сферы сбыта пластмасс – это, прежде всего, упаковка пищевых продуктов и бытовых товаров, а также производство всевозможных ёмкостей для хранения и транспортировки.

Ещё одна сфера применения - расширение инфраструктурных объектов, а также высотное и подземное строительство, которые немыслимы без использования пластмасс, в частности, в водо-, электро- и газоснабжении, в технологиях изоляции, на производстве оконного профиля и во многих других областях.

Растущие показатели демонстрирует и транспортный сектор, ведь полимеры широко используются как в производстве автомобилей и моторов, так и в других сферах, вплоть до грузового, железнодорожного транспорта и авиационного строительства.

Без пластмасс невозможны и современные технологии в области медицины: техническая аппаратура, диагностика и лаборатории нуждаются не только в решениях, обеспечивающих производство безопасных фармацевтических товаров на основе пластмасс, но и гарантирующих функциональность, практичность и гигиеничность одноразовых изделий. Многие технологические тенденции, такие как электрификация многих сфер жизни, а также выработка электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии, немыслимы без сырья на основе пластмасс. Все эти сферы применения пластмасс и каучуков вносят свой вклад в глобальное признание и распространение полимерных материалов на рынках по всему миру.

Характеристика готовой продукции

Для описания технологии производства деталей электротехнического назначения из полипропилена мною была выбрана продукция, ассортимент которой представлен в таблице 1.

Таблица 1 Ассортимент выпускаемых деталей

Изделие	Краткая характеристика	Сырье	Масса одного изделия,г
				Основа сальника	Составная часть сальника для ввода проводов в распределительные щиты	ПП МН 40-4М	2,5
Гайка цанговая	Составная часть сальника для ввода проводов в распределительные щиты	ПП МН 40-4М	1,7
Гайка прижимная	Составная часть сальника для ввода проводов в распределительные щиты	ПП МН 40-4М	1,0
Планка розетки одноместной	Составная часть розетки	ПП МН 40-4М	2,9
Основание розетки одноместной	Составная часть розетки	ПП МН 40-4М	7,8

1. Составная часть сальника для ввода проводов в распределительные щиты

Сальники предназначены для ввода электрических проводов и кабелей в распределительные щиты, монтажные коробки и электроустановки с целью защиты проводников от механического повреждения; защита самой электроустановки от попадания пыли и влаги в местах ввода.

Условия эксплуатации:

– диапазон рабочих температур от –40 до +80;

– относительная влажность 80% при +25;

– степень защиты IP 54 (оборудование имеет частичную защиту от попадания внутрь оболочки пыли и твердых тел размерами не менее 1,0 мм;
оборудование имеет защиту от попадания внутрь оболочки брызг, падающих под любым углом. Может использоваться в обычных сухих помещениях с осаждением частиц даже на недоступных плоскостях и/или изредка пыльных помещениях, и/или в местах, подвергающиеся попаданию дождя и струй.)

– группа механического исполнения по ГОСТ 17516.1. 1.3

2. Составные части розеток.

Обычная электророзетка состоит из пластиковой лицевой панели и диэлектрического основания (термостойкий пластик или керамика) с контактами и разъемами для подключения штепселей вилки. Пластиковое основание более дешевые и более прочные, керамика более дорогая и более хрупкая.

Конструкция розеток обеспечивает недоступность прикосновения к их токоведущим частям. (ГОСТ 51322.1-2001)

Розетки предназначены для встраивания в оборудование, где температура окружающей среды не превышает 35°С.

Степень защиты – IP 20 (электрооборудование со степенью защиты IP20 может использоваться в обычных помещениях с наличием только крупных частиц, осаждаемых на вертикальных поверхностях. Такими помещениями являются теплый сухой цех, театр, офис, магазин и т.п.)

Частота – 50 Гц

Номинальный ток – 10 А

Номинальное напряжение – 230 В

Выбранные детали имеют сложную конструкцию, включают в себя различные отверстия и резьбу. Также данные детали должны обладать высокой точностью для соединения между собой.

1.2. Обоснование выбора сырья

Для изготовления изделий электротехнического назначения применяются пластмассы, т.к. они не проводят электрический ток, что является дополнительной мерой защиты, а также проходят строгие испытания на безопасность. Для выбора материала изделий сравним основные физические свойства полипропилена (ПП), полиамида-6 (ПА-6) и АБС-пластика.

Таблица 2 – Основные физические свойства ПП, ПА-6 и АБС-пластика

Показатель	Значение
	ПП	ПА-6	ПС
Плотность, кг/м3	900 – 910	1130	1040
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	20 – 40	66 – 80	36 – 60
Относительное удлинение при разрыве, %	200 – 800	80 – 150	1,0 – 3,0
Температура стеклования, ͦ С	(-10) – (-20)	50	105
Модуль упругости при изгибе, МПа	1200 – 1600	1900 – 2000	1700 – 3000
Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц	2,2 – 2,4	3,6	2,4 – 5,0
Предел текучести при растяжении, МПа	35 – 40	65	34 – 52
Температура плавления, ͦ С	160 – 170	215	210 – 240
Водопоглощение за 24 ч, %	0,01 – 0,1	1,5 – 2	0,5 – 1,1

АБС-пластик обладает отличной ударной прочностью, устойчивостью к высоким температурам, жесткостью, вязкостью, стабильностью размеров, хорошими электроизоляционными свойствами и низким водопоглощением. Он также обладает хорошей химической стойкостью к широкому спектру кислот, щелочей и органических растворителей.

Полиамид – прочный материал, не поддерживающий горение и обладающий высокими технико-эксплуатационными характеристиками. Недостаток – высокая стоимость в сравнении с полипропиленом. Используются данные изделия при построении колодок, к которым предъявляются высокие требования. Обеспечивает хорошую защиту от внешних факторов, поэтому может применяться в несущих частях конструкции или при изготовлении корпуса изделия.

Полипропилен востребован благодаря универсальности своих качеств и общей долговечности, стойкости к климатической и химической агрессии. Он достаточно легкий и при этом прочный. Многое зависит от технологии полимеризации, применяемой при производстве ПП. В зависимости от нее он может получать различные свойства и визуально заметные текстуры. Полипропилен (ПП) – наиболее подходящий материал для последующего смешения с целью получения ряда доступных термопластичных материалов с уникальными физико-механическими характеристиками (например: трудногорючий пластик, ударопрочный пластик). Армлен ПП МН 40-4М – 40-% минералонаполненный материал. Предназначен для изготовления методом литья под давлением различных деталей и изделий конструкционного и общего назначения, эксплуатируемых, в частности, на открытом воздухе при воздействии естественного освещения, осадков и других атмосферных факторов. Серийно выпускается в натуральном цвете. Для увеличения теплостойкости полипропилена, повышения устойчивости изделий к негативным механическим воздействиям, увеличения прочности и жесткости материала в него вводятся меловые добавки (наполнители).

Для изготовления изделий выбираем материал ПП МН 40-4М, т. к. он имеет меньшую стоимость, меньший вес, обладает более низким водопоглощением, способен выдерживать высокие температуры (устойчив к термическим расширениям и не теряет своих свойств при высоких температурах), что делает его идеальным материалом для использования в электрических изделиях, включая розетки, обладает хорошей эластичностью, что позволяет ему гибко подстраиваться под форму и движение, обладает высокой прочностью и устойчивостью к разрывам и ударам, не содержит токсичных веществ, поэтому он считается безопасным для здоровья. Это важно для материалов, которые будут использоваться внутри помещения и могут быть взаимодействовать с электрическим оборудованием.

Характеристика выбранного сырья

Для производства деталей мною был выбран компаунд на основе полипропилена – ПП МН 40-4М – полипропилен минералонаполненный. Его основные свойства, согласно технической спецификации, представлены в таблице 3.

Таблица 3 Характеристика ПП МН 40-4М

Свойство	Значение	Стандарт испытаний
Физико-механические
Плотность, кг/м3	1220	ГОСТ 15139
Предел текучести при растяжении, МПа	18	ГОСТ 11262
Относительное удлинение при разрыве, %	85	ГОСТ 11262
Модуль упругости при изгибе, МПа	2100	ГОСТ 9550
Ударная вязкость по Шарпи без надреза при +23 ͦ С, кДж/м2	60	ГОСТ 4647
Ударная вязкость по Шарпи с надрезом при -30 ͦ С, кДж/м2	20	ГОСТ 4647
Теплофизические
Температура плавления, ͦ С	162	ГОСТ 21553
Температура изгиба под нагрузкой 0,45 МПа, ͦ С	100	ГОСТ 12021
Технологические
ПТР (230 ͦ С; 2,16 кг), г/10 мин	18	ГОСТ 11645
Усадка при литье продольная, %	1,0 – 1,2	ГОСТ 18616
Усадка при литье поперечная, %	1,0 – 1,2	ГОСТ 18616
Температура расплава, ͦ С	240
Температура формы, ͦ С	60

Основным условием для соблюдения правил перевозки полипропилена в стандартных полиэтиленовых мешках является привлечение к транспортировке крытых транспортных средств, защищающих товар от воздействия атмосферы. По желанию заказчика дозволяется разработка и применение альтернативных средств доставки. Большие партии сырьевого полипропилена разрешается перевозить насыпью с использованием автомобильного и железнодорожного видов транспорта в особых емкостях и вагонах для перевозки сыпучих полимерных веществ. Промышленная упаковка должна защищать сыпучий груз от попадания грязи и посторонних предметов, что снижает качество сырья и может привести к браку при использовании материалов в производстве пластмассовых изделий. Расплавление загрязненных гранул внутри производственных прессов нарушает процесс изготовления продукции и влияет на чистоту и прочность выплавляемых изделий.

Подобный груз не относится к категории повышенной сложности и, тем не менее, может прийти в негодность при небрежном обращении. К основным требованиям при хранении и перевозке полипропилена:

• Избегать нагревания выше 30 градусов и прямых солнечных лучей;

• Не допускать повышения влажности более 80%;

• Осуществить защиту от попадания грязи и посторонних предметов.

Вредные для здоровья вещества при работе с пропиленом (формальдегид, ацетальдегид, органические кислоты) выделяются исключительно в технологическом производстве изделий.

Полимер хранят в закрытом сухом помещении, исключающем попадание прямых солнечных лучей, на расстоянии не менее 1 м от нагревательных приборов при температуре не выше 30 °С, относительной влажности — не более 80 %. Допускается хранение полимера у потребителя до 30 суток в металлических емкостях для хранения, исключающих попадание влаги и загрязнение полимера, установленных на наружных площадках. Перед переработкой мешки с полимером выдерживают не менее 12 ч в производственном помещении.

Обоснование метода переработки

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

Литье под давлением

Литьем под давлением изготавливают штучные изделия. Этот способ является наиболее распространенным в переработке для большинства промышленных термопластов. К основным достоинствам литья под давлением относятся: универсальность по видам перерабатываемых [пластиков, высокая производительность в режиме автоматизированного производства, высокая точность получаемых изделий, возможность изготовления деталей весьма сложной геометрической формы, недостижимой при использовании любых других технологий. Метод позволяет формовать изделия массой от долей грамма до десятков килограммов.

Особенностью метода является его цикличность, что сдерживает его производительность по сравнению с непрерывными технологиями. [1]

Основными недостатками метода являются:

- дорогая оснастка (инструменты для пресс-форм проектируются, изготавливаются и тестируются перед массовым производством, что увеличивает инвестиционные затраты. Прежде чем задуманная конструкция будет произведена путем литья под давлением, проектируется и изготавливается прототип пресс-формы для формования первых частей новой конструкции. Необходимо выполнить несколько пробных запусков, чтобы гарантировать, что пресс-форма изготовит деталь с точными размерами, что может быть очень дорогостоящим и трудоемким);

- сложность внести изменения в конструкцию детали (любое изменение формы и размеров детали требует изменения размеров полостей формы. Если размер детали должен быть увеличен, часть полости должна быть удалена, чтобы расплавленный пластик мог занимать больший объем. Поскольку инструмент состоит из твердого металла, необходимо использовать методы обработки по металлу. Если необходимо уменьшить размер детали, потребуется новая пресс-форма с меньшими полостями);

- ограничения в конструкции детали (в конструкции детали в максимально возможной степени должны присутствовать: равномерная толщина стенок для равномерного охлаждения и предотвращения усадки и других дефектов; небольшая толщина и объем стенок для достижения равномерного и более короткого времени охлаждения, так как небольшое количество горячего пластика может остыть быстро.)

Крупносерийное и массовое производство пластиковых деталей предусматривает сложный технологический процесс по впрыскиванию расплавленного пластика под высоким давлением в подготовленную литьевую форму, изготовленную из металла. Жидкая масса равномерно заполняет объем и кристаллизируется, приобретая требуемую форму. Благодаря технологии литья под давлением удается получить качественные изделия. Для реализации метода применяется сложное дорогостоящее оборудование, обеспечивающее высокую производительность. С использованием данного способа производится почти половина полимерных деталей. В качестве сырья для производственного процесса применяются гранулы термопластов, а также термореактивные порошки, придающие готовым изделиям требуемые физические и эксплуатационные качества. Термопластичные компоненты сохраняют свои параметры при вторичной переработке, а термореактивные подвергаются невозвратным химическим реакциям и образуют неплавкий материал.

Данный способ применяется в автомобилестроении, электронике, химической и многих других отраслях промышленности. С использованием способа литья пластмасс удается быстро и с требуемым уровнем качества изготовить:

• разные упаковки, крышки и разные колпачки;

• широкий ассортимент детских игрушек;

• корпуса и комплектующие для электронной техники;

• комплектующие для медицинского оборудования и прочие изделия.

Прессование

Прессование – важнейший метод формования изделий из термореактивных материалов. Иногда он применяется для изготовления изделий из термопластов.

Технологический процесс прессования складывается из следующих основных операций: подготовка и дозировка пресс-материала; предварительный подогрев; загрузка в форму и прессование; извлечение готового изделия и его механическая обработка. [1]

Прессование термопластов получило незначительное распространение, поскольку здесь достаточно высока трудоемкость процесса и продолжительно время цикла. Данный метод пригоден лишь для изготовления блоков и толстостенных плит, которые не могут быть произведены экструзией, литьем под давлением или каландрированием. Такой способ прессования применяется, например при работе с высокомолекулярными полиолефинами (ПЭ, ПП), способными к сшивке, или же с некоторыми полимерными пенами.

Для производства большого количества штучных изделий из термопластов, отличающихся своим внешним видом и характеристиками применяется метод литья под давлением.

Физико-химические основы технологического процесса

При изготовлении изделий методом литья под давлением в полимерах протекают в основном физические процессы, например, переход из одного физического или фазового состояния в другое.

К химическим процессам, протекающим при литье под давлением, можно отнести термическую и механическую деструкцию полимеров, обусловленную соответственно высокими температурами и большими сдвиговыми напряжениями, возникающими при течении расплава полимера в рабочих узлах литьевой машины и форме. При обеспечении определённых технологических параметров эти химические процессы могут быть сведены к минимуму или полностью исключены.

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

Полипропилен, как правило, не требует дополнительной сушки перед литьем, т.к. он не относится к гигроскопичным материалам. При неблагоприятных же условиях (напр., высокая влажность на территории цеха) следует сушить полипропилен марки ПП МН 40-4М при 85 ͦ С в течение 1 часа.

При температуре больше -10 ͦ С (Т_ст) ПП МН 40-4М находится в высокоэластическом состоянии. Продвигаясь по узлу пластикации от зоны загрузки до зоны дозирования материал разогревается. При температуре 162 ͦС (Т_пл), происходит фазовый переход материала из высокоэластического состояния в вязкотекучее; далее материал прогревается до 240 ͦС – температура производства изделий из ПП МН 40-4М методом литья под давлением (в это время материал продвигается от зоны пластикации к зоне дозирования, а затем подается в сопло). Температура формы для изготовления изделия составляет 60 ͦ С, что вызывает охлаждение и усадку материала.

Деструкция материала происходит при температуре 300 ͦ С:

Рис. 1. Реакция термоокислительной деструкции полипропилена.

При нагревании полипропилена в процессе переработки возможно образование летучих продуктов термоокислительной деструкции, содержащих органические кислоты, карбонильные соединения, в том числе формальдегид ацетальдегид, оксид углерода.

Описание технологической схемы производства

Стадии производства:

1. Транспортировка и хранение.

2. Растаривание.

3. Литье под давлением.

4. Контроль и упаковка.

Сырьё поступает на предприятие в виде гранул в мешках (биг-бегах). Затем с помощью электропогрузчика (ЭП1) поступает на склад сырья (СС). Оптимален стеллажный способ хранения сырья на поддонах. Чтобы максимально использовать высоту помещений, для установки и выемки пакетированного сырья рекомендуется использовать штабелеры. Затем материал попадает на растаривающее устройство (Р) с помощью кран-штабелера (КШ1). После растарки материал попадает в транспортный контейнер (ТК) и с помощью тележки (Т1) перемещается к автозагрузчику ТПА. Затем по гибкому шнеку материал попадает в автозагрузчик термопластавтомата (АЗ) и подается в литьевую машину (ЛМ). Отлитые детали поступают на контроль и упаковку (КУ) с помощью тележки (Т2), отходы (О) при этом отправляются в дробилку (Д). После чего с помощью тележки (Т3), отправляются на склад готовой продукции (СГП). Затем кран-штабелером (КШ2) готовые детали с помощью электропогрузчика (ЭП2) отправляются со склада готовой продукции (СГП) загружаются в специализированный транспорт для перевозки и реализации. Все отходы с дробилки (Д) поступают на весовое дозирование (ВТ), откуда с помощью тележки (Т4) поступают на склад дробленного материала (СДМ), откуда затем отправляются на реализацию.

Нормы технологического режима и контроль производства

Сведения об огранизации технического контроля проектируемого производства приведены в таблице 4.

Таблица 4 Контроль производства

Наименование стадии производства	Контролируемый параметр	Частота и способ контроля	Методы испытания и средства контроля	Кто контролирует
Приход материала	Внешний вид упаковки. Сохранность и целостность упаковки	Каждая поставка	Визуально	Контролер
	Наличие документов на материал	Каждая поставка
Хранение на складе материала	Температура хранения	Каждая смена	Стационарный термогигрометр	Кладовщик; Начальник смены
	Относительная влажность
	Место хранения	Каждая смена	Визуально
	Целостность упаковки и сохранность материала	Каждый биг-бэг	Визуально
	Распределение материала на стеллажах и поддонах	Каждая поставка Каждая смена	Визуально
	Требования к месту хранения (напр., идентификация)	Каждая поставка Каждая смена	Визуально
Литье деталей	Внешний вид детали	Каждые 3 часа	Визуально	Контролер ОТК
	Температура по зонам ТПА	В начале работы. При переналадке. При замене оснастки	Термопара	Наладчик, литейщик, начальник смены, контролер ОТК
	Давление литья		Датчик давления
	Состояние масляных фильтров	При наладке. При замене оснастки	Визуально	Наладчик, литейщик
	Уровень масла	Каждую смену	Визуально	Литейщик, начальник смены

Продолжение Таблицы 4

Наименование стадии производства	Контролируемый параметр	Частота и способ контроля	Методы испытания и средства контроля	Литейщик, начальник смены
Контроль качества	Наличие брака	Выборка из каждой партии	Визуально, Весы (масса изделия), Штангенциркуль (размеры детали)	Контролер ОТК
Складирование деталей на складе готовой продукции	Сохранность деталей	Каждое тарное место	Визуально	Кладовщик, контролер ОТК
Упаковка деталей	Внешний вид упаковки	Каждая партия деталей	Визуально	Упаковщик
Отгрузка на реализацию	Способ отгрузки, Сохранность целостности упаковки и деталей	Каждая отгрузка	Визуально	Подсобный рабочий

Виды брака и способы его устранения

Основные виды брака, причины его возникновения и способы устранения представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Виды брака и способы его устранения

Брак	Возможные причины возникновения брака	Способ устранения брака
Облой	Слишком высокое давление внутри формы. Плоскости разъема формы повреждены из-за переполнения. Усилие замыкания или усилие удерживания в закрытом состоянии являются недостаточными	Уменьшить скорость впрыска и давление выдерживания, раньше осуществлять переключение с давления литья на давление выдерживания. Дополнительно обработать форму в зоне плоскостей разъема или контуров. Увеличить усилие замыкания, в необходимых случаях применить машину с более высоким усилием замыкания.

Продолжение Таблицы 5

Брак	Возможные причины возникновения брака	Способ устранения брака
Утяжины	Низкое давление формования	Повышение давления формования
	Короткое время выдержки под давлением	Увеличение времени выдержки под давлением
	Большая длина литниковых каналов	Уменьшение длины литниковых каналов
	Высокая температура расплава ПМ	Понижение температуры материального цилиндра
Усадка	Неправильно подобрана температура материала, давление впрыска и подпитки.	Отрегулировать температуру материала (повысить в случае повышенной усадки и понизить в случае пониженной). В случае повышенной усадки, повысить давление впрыска и подпитки, время подпитки и скорость заполнения формы. В случае пониженной усадки - понизить давление впрыска, давление и скорость подпитки.
Свили краски	Плохо перемешан краситель, неподходящий краситель, ориентация пигмента вдоль потока течения, термическое разложение пигмента	Использование подходящих красителей и суперконцентратов, избегать чрезмерного нагрев
Коробление	Высокое давление формования	Понижение давления формования; раннее переключение с давления впрыска на давление формования
	Низкая температура формы	Повышение температуры формы
	Низкая скорость впрыска	Повышение скорости впрыска
	Неравномерное охлаждение литьевой формы	Доработка системы охлаждения литьевой формы

Описание работы основного оборудования

Общая концепция литья под давлением заключается в том, что пластиковые гранулы (полимер) расплавляются в материальном цилиндре и подаются вращающимся шнеком в пресс-форму для формования необходимого изделия.

Основные узлы термопластавтомата:

1. Узел пластикации (инжекционный блок), в котором последовательно происходят загрузка, пластикация, дозирование и впрыск материала.

Пластиковые гранулы (полимер) подаются через загрузочный бункер во вращающийся шнек, который перемещает гранулы к впрыску в пресс-форму, попутно нагревая и расплавляя их до однородной пластической массы. Этот нагрев осуществляется с помощью тэнов, которые полностью покрывают нагревательный цилиндр, в котором расположен шнек. Нагрев происходит зонально. В районе загрузочного бункера температура нагрева самая низкая, это необходимо чтобы предотвратить моментальное расплавление полимера сразу после его подачи и тем самым затруднить всю подачу. Самая высокая температура нагрева ближе к соплу непосредственного впрыска расплава в пресс-форму.

Рис. 3. Узел пластикации термопластавтомата.

Шнек блока впрыска имеет три основные зоны, каждая из которых имеет специальное назначение.

1. Зона загрузки – это участок шнека, который забирает материал из загрузочного бункера и начинает размягчать гранулы материала по мере его транспортировки. В этой зоне полимер преимущественно состоит из твердых гранул.

2. В зоне пластикации диаметр шнека постепенно увеличивается. По мере вращения шнека размягченные гранулы полимера начинают сжиматься и плавиться за счет трения и тепла от внешних нагревательных элементов (тэнов). В этой зоне присутствуют как твердые, нерасплавленные частицы, так и расплав.

3. Зона дозирования является последней зоной, она располагается непосредственно в районе сопла, где диаметр шнека остается постоянным. В этой зоне полимер полностью расплавлен до вязкотекучего состояния.

Запорное кольцо является важнейшим компонентом блока впрыска, поскольку оно отвечает за предотвращение возврата расплавленного пластика во время фазы впрыска. Изначально запорное кольцо находится в открытом состоянии, чтобы обеспечить транспортировку расплавленного пластикового материала к соплу, но после завершения стадии впрыска материала в пресс-форму, контрольное кольцо закрывается, чтобы предотвратить попадание расплавленного пластика обратно в зону дозирования.

Расстояние между витками шнека постепенно уменьшается, по мере приближения к зоне сопла, диаметр вала шнека в этом же направлении увеличивается, что позволяет создать давление в расплаве.

Длина шнека для литья под давлением составляет не более 17 L/D (отношение длины шнека к его диаметру); степень сжатия шнека обычно находится в пределах 2 – 2,5.

2. Узел смыкания (прессовый блок) – предназначен для смыкания и размыкания пресс-формы, обеспечения противодавления (усилия смыкания), выдержки расплава в гнездах пресс-формы и извлечения готовых изделий.

Циклы ТПА

1. Закрытие пресс формы

2. Впрыск полимера

3. Охлаждение полимера

4. Открытие пресс формы

Технологический процесс литья изделий из термопластичных полимеров состоит из следующих операций: 1) подготовка расплава полимера и его дозирование; 2) смыкание формы и подвод узла впрыска к форме; 3) впрыск расплава; 4) выдержка под давлением и отвод узла впрыска; 5) охлаждение изделия; 6) раскрытие формы и извлечение изделия. Операционная схема процесса литья под давлением приведена на рис. 2.

Рис. 2. Технологическая схема процесса литья термопластов: а − формование изделия; б − раскрытие формы и извлечение изделия; 1 − форма; 2 − сопло; 3 − цилиндр литьевой машины; 4 − шнек; 5 − бункер; 6 − поршень узла впрыска; 7 – цилиндр узла впрыска; 8 – изделие.

В момент впрыска расплава и выдержки его под давлением (рис. 2.1, а) цилиндр литьевой машины 3 подведен к литьевой форме 1 и сопло 2 соединено с литниковым каналом формы. Шнек 4 под действием поршня 6 узла впрыска перемещается к форме, и расплав впрыскивается в формующую полость. Для исключения вытекания расплава из формы дается выдержка под давлением, во время которой происходит частичное охлаждение расплава. Во время охлаждения изделия, когда расплав в литнике достаточно охлажден, узел впрыска отводится от формы (рис. 2.1, б) и начинается дозирование новой порции расплава, при этом шнек, вращаясь под действием давления расплава, скапливающегося перед шнеком, отходит вправо. В конце операции дозирования, когда накопится заданная масса расплава вращение шнека прекращается. После окончания охлаждения полимера форма раскрывается и происходит удаление изделия. Такова общая последовательность технологических операций. [2]

Первый шаг в технологическом процессе литья пластика под давлением – закрытие пресс-формы, чтобы появилась возможность осуществить в нее впрыск расплавленного полимера.

Второй шаг обычно разделяют на два этапа. Первый – это непосредственно впрыск полимера в пресс-форму, при котором происходит заполнение формы расплавленным пластиковым материалом. Второй – этап выдержки под давлением, когда к расплавленному материалу прикладывается давление, чтобы удержать его в пресс-форме, предотвратив его “вытекание” и компенсировать усадку, которая происходит по мере охлаждения полимера.

После впрыска наступает время для охлаждения, в процессе которого впрыснутый полимер оставляют остывать до затвердевания, при этом давление больше не прикладывается. Одновременно с охлаждением шнек не прекращает своего вращения, его задача - набрать новую дозу полимера и расплавить его для его для следующего впрыска.

На последнем этапе ТПА открывает пресс-форму в которой уже сформировалось готовое изделие, но которое еще не полностью остыло. С помощью выталкивателей изделие подается наружу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с заданием был произведен анализ ассортимента выпускаемой продукции, сырья для ее получения, выбор метода переработки, была разработана принципиальная технологическая схема для производства изделий электротехнического назначения из полипропилена, а также был произведен выбор метода переработки для изготовления данных изделий. В ходе разработки курсового проекта были разработаны сведения об организации технического контроля проектируемого производства. Также были проанализированы возможные причины возникновения брака и мероприятия по его устранению. Для производства ассортимента выбранной продукции была выбрана литьевая машина Siger Classic 60V с усилием смыкания 60 тонн.

Код для цитирования: Скопировать