Технологія виготовлення та оцінка якості гвинтового конвеєра кухонного комбайну

Технологія виготовлення та оцінка якості гвинтового конвеєра кухонного комбайну

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка до дипломної роботи: 54 с., 10 рис., 6 табл., 30 джерел.

Об'єкт дослідження - шнек гвинтового конвеєра кухонного комбайну та сплав типу АК7п для його виготовлення .

Мета роботи - вибір оптимальних технологій та матеріалів для виготовлення.

Методи дослідження та апаратура - теоретичний аналіз призначення, функціонування та умов праці шнеку м'ясорубки, порівняльний аналіз властивостей матеріалів та технологічних методів обробки матеріалів, обґрунтування та опис обраного матеріалу, технології та заходів забезпечення якості, включаючи металографічний метод та вимірювання твердості за Бринелем.

В роботі визначені основні вимоги та критичні властивості матеріалу шнеку м’ясорубки: корозійна стійкість, нетоксичність, твердість, міцність та ін. Обґрунтовано обрані оптимальні матеріал та технологію - лиття в пісок зі сплаву АК7п; вказано заходи з контролю якості.

З'ясування загальних закономірностей кристалізації доевтектичних сплавів.

На основі аналізу структури шнеку кухонного комбайну "Мрія-2М" виявлено невідповідності у технології виготовлення виробу.

ГВИНТОВИЙ КОНВЕЄР, МІКРОСТРУКТУРА, МАКРОСТРУКТУРА, ЕВТЕКТИКА, СПЛАВ Al-Si, ЛИТТЯ, ВЛАСТИВОСТІ МАТЕРІАЛІВ, КОНТРОЛЬ ЯКОСТІ.

гвинтовий конвеєр шнек м’ясорубка

ЗМІСТ

ВСТУП

1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА

1.1 Роль, функція гвинтового конвеєру

1.2 Роль матеріалу, необхідні властивості

1.3 Придатні матеріали, їх недоліки та переваги

1.4 Придатні технології та підприємства

2. ОСНОВНА ЧАСТИНА

2.1 Обґрунтування вибору матеріалу та технології

2.2 Технологія виготовлення виробу

2.3 Контроль якості. Поняття про якість        

2.4 Обслуговування та утилізація

2.5 Аналіз структури та властивостей матеріалу виробу

3. ОХОРОНА ПРАЦІ

3.1 Аналіз умов праці

3.2 Виробнича санітарія та гігієна праці

3.3 Техніка безпеки

3.4 Пожежна профілактика

ВИСНОВКИ

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

ВСТУП

М’ясорубка невід'ємна частина кожної кухні. ЇЇ основне призначення - це подрібнення м'яса і риби з метою приготування фаршу з них. М'ясорубки та кухонні комбайни мають принципово однаковий пристрій, відрізняються габаритами і деякими конструктивними частинами. Складаються з електроприводу і самої м'ясорубки. Електропривід має електродвигун і редуктор, який служить для зниження числа обертів при передачі обертального руху від електродвигуна до шнека м'ясорубки. Корпус м'ясорубки складається з горизонтального пустотілого циліндру і вертикальної горловини. Всередині циліндра на стінках є направляючі ребра. На горловину кріпиться завантажувальний пристрій. До складу різального механізму входить нерухома підрізна решітка і два обертових хрестоподібних ножа. Для різного ступеня подрібнення м'ясорубки комплектуються різними ножами і решітками.

Ключовими параметрами при оцінці м'ясорубки, являються потужність, продуктивність і безпосередньо матеріал, з якого вона зроблена. Все це безпосередньо впливає на якість та смакові характеристики продукту[ 1].

Продуктивність на пряму залежить від потужності, так як малопотужне обладнання не зможе впоратись зі своїм завданням. Оптимально значення потужності від 1000 Вт, при якій продуктивність: від 0,8 до 1, 3 кг м'яса / хв.

Проте, смакові та якісні характеристики фаршу залежать від вибору матеріалу м'ясорубки.

1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА

1.1Роль, функція гвинтового конвеєру

Усі побутові та промислові м’ясорубки повинні відповідати наступним вимогам:

- отримання якісного подрібненого;

- можливість швидкої та легкої зміни ступеня подрібнення;

- зносостійкість робочих деталей, що не допускає потрапляння часточок металу у подрібнюваний продукт;

- відсутність надмірного подрібнення(погіршення якості готового продукту);

- можливість миттєвого видалення готового продукту із робочої камери;

- можливість легкої та швидкої заміни зношених робочих та інших частин;

- наявність запобіжних пристроїв.

Існую два конструктивні види м’ясорубок: шнекова та кутерна. Їх основна відмінність полягає у на явності шнеку та якості готового продукту. У шнековій м’ясорубці в результаті отримуємо рівномірно подрібнений соковитий фарш, а у кутерній продукт набуває пастоподібного вигляду, та частково втрачає смакові якості і структуру.

Розглянемо більш детально шнекову електром’ясорубку (рис. 1.1). Головним елементом м'ясорубки є - ніж. Його функція, як і функція всієї м’ясорубки, полягає в тому, щоб подрібнювати м'ясо, продукти. Шнекова м'ясорубка свою назву отримала від не менш важливої деталі - шнека, або гвинта, який виконує функцію транспортера оброблюваної маси, на який кріпляться ріжучі ножі.

Обертаючись на осі шнека чотирьохлопастевий ніж треться об диск, подрібнюючи м'ясо за принципом ножиць. Недарма заточення решітки не менш важливе, ніж заточення ножів м'ясорубки.

Рис.1.1 - Схема м´ясорубки

У процесі подрібнення необхідно забезпечити збереження якості вихідних продуктів. Ця вимога відноситься головним чином до соковитих продуктів (сирі м'ясо, риба), подрібнення яких може викликати втрату соку. Якість продукту покращується, якщо провертання його відносно стінок робочої камери мінімальне, а вплив останнього витка шнека на продукт спрямован переважно вздовж осі робочої камери. Для зменшення провертання продукту на внутрішній поверхні робочої камери роблять канавки. Зменшення кута підйому шнека знижує кількість провертання продукту відносно робочої камери м'ясорубки.

Характеризуючи основні конструктивні параметри м'ясорубки, можна сказати про вплив витка шнека на продукт. Витки шнека можуть бути з перемінним та постійним кроком, що впливатиме на ступіть зщільнення продукту[2]. На рисунку 2 зображено шнек з перемінним кроком(рис.2,а) та постіним(рис.2,б).

Завдяки поступовому зменшенню шага витків шнека та кута підйому продукт, пересуваючись вздовж робочої камери, зщільнюється і поступає до робочих інструментів у вигляді суцільної щільної маси. Останній виток шнека, який має найменший шаг, діючи на продукт, проштовхує його крізь кромки обертаючого ножа. Частки продукту, які пройшли через ніж далі проштовхуються через підрізну решітку. На виході із решітки продукт має вигляд суцільного потоку товстих ниток, які складаються із з´єднаних між собою подріблених часток м´яса.

 
а        б
Рис.1.2 - Види шнека: а) з перемінним кроком; б) з постійним.

Кількість витків шнека робить істотний вплив на продуктивність. Чим більше довжина шнека, тим менше продукту витісняється до завантажувального пристрою і тим вища продуктивність м'ясорубки. Пояснюється це тим, що витки шнека утворюють лабіринт, перешкоджаючи тим самим витісненню продукту із зони розташування останнього витка (із зони з підвищеним тиском) до завантажувального пристрою.

Довжина шнека побутових м'ясорубок знаходиться в межах

(2,5-3,8) D,

 де D - зовнішній діаметр шнека.

Ножові решітки виконуються з максимально можливим використанням їх площі під отвори, а також з урахуванням необхідного ступеня подрібнення і міцності. При цьому шахове розташування отворів переважніше за розташування їх по квадрату. Згідно ГОСТ 7411-79[3] коефіцієнт використання площі решіток, рівний відношенню сумарної площі отворів до площі решітки, становить не менше 0,25.

Основна характеристика електричної м'ясорубки - потужність мотора. Через редуктор вона передається на шнек та ножі. Швидкість обертання шнека невелика, а сила продавлювання продукту через ножі - постійна і рівномірна. Це ключова відмінність шнекових м'ясорубок від без шнекових, де рівномірність та якість подріблення не можуть бути гарантовані.

Потужність у м'ясорубці витрачається на розрізання продукту в ріжучому механізмі, на подолання тертя в ріжучому механізмі, на подолання тертя шнека об продукт і на просування продукту шнеком (табл.1.1).

Таблиця 1.1 - Функції деталей

Наступна характеристика електричної м'ясорубки - продуктивність, тобто кількість м'яса в кілограмах, яку м'ясорубка може переробити за одну хвилину. Вона залежить від геометричних розмірів елементів деталей конвеєра та ножів, тому форма та розміри шнека визначать зусилля та енерговитрати на подрібнення продуктів, які можна спроектувати та змоделювати математично.

При переробці продуктів з твердою консистенцією двигун м'ясорубки може зупинитися через велике навантаження та може вийти з ладу. Щоб цього не сталося, на м'ясорубках встановлюють спеціальний захист, наприклад запобіжник у вигляді пластикової шайби. Її міцність розрахована так, що при попаданні уламка кістки між ножем і решіткою м'ясорубки пластик руйнується, шнек зупиняється і двигун не згоряє.

1.2Роль матеріалу, необхідні властивості

Як говорилося раніше, шнек - це одна з основних деталей, що має спиралевидну форму, на неї кріпляться ножі та насадки. При обертанні шнек просуває м'ясо від вхідної горловини до вихідного отвору. Іноді електричні м'ясорубки комплектуються відразу двома шнеками: металевим для м'яса і пластиковим для м'яких ягід і фруктів. Значна частина продуктів, що використовуються в харчовій промисловості, при подрібненні легко піддаються деформації і мають велику вологість, наприклад м'ясо, хліб, овочі, риба і т.д. Ці продукти належать до умовно твердих.

Гвинтові конвеєри в харчовому виробництві використовуються як для транспортування сировини та продукції, так і для виконання різноманітних технологічних операцій. Наприклад, конвеєри крім основного призначення застосовуються в тістозакаточних машинах, дозаторах, в машинах для формування бубликів, так як в цих випадках має місце контакт сировини та продукції з елементами транспортувальних пристроїв, то потрібен обгрунтований вибір матеріалів.

Практично всі види сировини і продуктів можуть транспортуватися по гвинтоподібним конвеєрам. В якості матеріалу для виготовлення конвеєрів використовуються пластмаса, сталь, алюмінієві сплави. Поверхні виробу повинні мати гладку поверхню з метою зменшення гідравлічних втрат.

При транспортуванні в'язкопластичної та пластичної продукції матеріал повинен мати ще й антиадгезійні властивості.

При транспортуванні сипучих матеріалів і дрібної продукції до матеріалів пред'являються вимоги по зносостійкості і антифрикційним властивостям.

При технологічному транспортуванні продукції гвинти можуть або охолоджуватися до температури - 30 ° С, або нагріватися до температур близько 240-280 ° С.

Високі вимоги до надійності технологічного обладнання харчових виробництв обумовлені тим, що в більшості випадків відмови в роботі призводять до порушення технологічного процесу і втрати продукту.

Як правило, моральний термін служби сучасного обладнання не перевищує 5 років, фізичний термін служби при проектуванні закладається в межах 5-7 років.

До основних критеріїв працездатності обладнання та їх окремих деталей відносяться: міцність, жорсткість, зносостійкість, тепло-і хладостійкість, вібростійкість, корозійна стійкість.

Для елементів технологічного обладнання, що контактує з харчовими середовищами або миючими засобами, особливо важливу роль відіграє корозійна стійкість. Під корозійною стійкістю розуміється здатність поверхонь елементів машин і апаратів протистояти впливу харчових середовищ, продуктів, миючих і дезінфікуючих розчинів з урахуванням теплових впливів, робочих середовищ, значних перепадів тиску і т. д.

Знос є найбільш характерним видом руйнування поверхонь робочих органів і деталей обладнання.

Знос є результатот процесу поступової зміни розмірів деталі, що відбувається під дією поверхневих сил при терті і пов'язан з втратою маси. Різним видам зношування найбільш схильні тертьові деталі робочих органів технологічного устаткування.

Під тепло-і хладостійкістю при конструюванні розуміють здатність деталей обладнання зберігати працездатність при підвищених або низьких температурах, а також при циклічних коливаннях температури. Як правило, це забезпечується тільки правильним вибором матеріалу.

У харчовому машинобудуванні особливо важливу і певною мірою специфічну роль відіграють хімічні та санітарно-гігієнічні властивості матеріалів.

Найважливішою умовою використання матеріалів у будь-якої конструкції є їх сумісність з робочим середовищем.

Технологічні процеси харчових виробництв протікають при високих і низьких температурах, високому тиску і вакуумі, великих швидкостях потоків і тривалій витримці харчових середовищ в стані спокою, із змінами рН середовищ в широкому діапазоні і супроводжуються іншими чинниками, які зумовлюють агресивність харчових середовищ.

Багато харчових середовищ являють собою електроліти, тому корозія в них носить електрохімічний характер. Хімічна природа електроліту обумовлена наявністю в складі середовищ кислот і мінеральних речовин. Кількість і ступінь дисоціації кислот і мінеральних речовин, в основному, і визначають агресивність середовища.

На різних етапах технологічного процесу хімічні властивості середовищ змінюються, у зв'язку, з чим знижується або підвищується їх корозійний вплив на поверхню апаратів.

Безпосередній контакт з технологічними та харчовими середовищами, тривала безперервна робота, абразивна дія деяких харчових продуктів, агресивний вплив навколишнього середовища, миючих і дезінфікуючих розчинів, а також інші специфічні умови визначають особливі вимоги до вибору і призначенням конструкційних матеріалів [4].

Апарати харчових виробництв піддаються періодичному впливу агресивних миючих і дезінфікуючих розчинів: 1-2%-ної соди каустичної, 5-10%-ної соди кальцинованої, 2%-ної сірчаної кислоти, 2%-ної соляної кислоти, 3%-ної азотної кислоти , 0,2-0,5%-ного перманганату калію та ін. Найбільш агресивний вплив на технологічні апарати і збірники дезінфікуючих розчинів надають кислотні дезінфектори. Виготовлення збірок дезінфікуючих розчинів і трубопроводів з нержавіючих сталей не завжди призводить до підвищення їх корозійної стійкості.

У харчових галузях хімічної корозії піддаються тільки деякі апарати та комунікації допоміжних цехів (холодильно-компресорних, вуглекислотних, котелень). Обладнання технологічних цехів переважно піддається електрохімічної корозії. Залежно від агресивності середовища і умов протікання електрохімічних процесів поширені такі її види:

атмосферна (вплив на обладнання та металоконструкції поза будівель при наявності забруднення повітря промисловими газами);

 електрична (вплив блукаючих струмів на метали);

 кислотна (розчини азотної, сірчаної, соляної кислот при дезінфекції, молочної кислоти при підкисленні заторів і т. д.);

 сольова (руйнування розсільних насосів, трубопроводів, батарей охолодження, випарників і т. п.);

 лужна (лужні миючі та дезінфікуючі розчини);

 контактна (при контакті двох різнорідних металів).

Хімічна корозія виникає при дії органічних кислот харчових середовищ на складові частини виробу. Біологічна корозія є наслідком життєдіяльності мікроорганізмів на поверхні активних деталей, змочених харчовими середовищами.

Таким чином, шнек м'ясорубки зазнає складних механічних навантажень, я статичних так і циклічних, зазнає вплив корозійноактивних середовищ. Отже ключовими властивостями матеріалу для виготовлення шнеку є: корозійна стійкість, антифрикційні властивості, міцність.

1.3Придатні матеріали, їх недоліки та переваги

Матеріали, які застосовують в обладнанні харчових виробництв, повинні піддаватися санітарно-гігієнічному і токсикологічному контролю. При несприятливих умовах окремі полімерні матеріали або містяться в них мономери, низькомолекулярні з'єднання і різні складові частини можуть негативно впливати на здоров'я людей і на якість харчових продуктів. Несприятливий вплив на здоров'я може виражатися як у вигляді гострих отруєнь, що виявляються через кілька годин або днів, так і у вигляді хронічних отруєнь, що виявляються протягом місяців.

З точки зору гігієнічної та токсикологічної оцінки матеріали можна розділити на такі групи:

1) допущені органами Державного санітарного нагляду для контакту з харчовими продуктами;

2) допущені для контакту з певними харчовими продуктами;

3) допущені для контакту з харчовими продуктами тільки при особливих умовах;

4) не допущені для застосування в харчовій промисловості внаслідок токсичності або зміни складу при зіткненні з харчовими продуктами;

5) недопущені для застосування в харчовій промисловості внаслідок невивченості гігієнічних і токсикологічних властивостей або знаходяться в стадії досліджень [5].

До першої групи належать деталі, виготовлені з харчового алюмінію. При виборі сплаву для виготовлення виробів з ливарного алюмінію або сплавів застосовують ГОСТ 1583-93[6]:

«Для виготовлення виробів харчового призначення застосовують сплави АК7, АК5М2, АК9, АК12. Застосування інших марок сплавів для виготовлення виробів і обладнання, призначених для контакту з харчовими продуктами і середовищами, у кожному окремому випадку повинні бути дозволені органами охорони здоров'я.

У алюмінієвих сплавах, призначених для виготовлення виробів харчового призначення, масова частка свинцю повинна бути не більше 0,15%, миш'яку - не більше 0,015%, цинку - не більше 0,3%, берилію - не більше 0,0005%.»

Основними перевагами алюмінієвих сплавів при використанні в харчовій промисловості є:

 легкість,

 податливість штампуванню,

 корозійна стійкість (на повітрі алюміній миттєво покривається міцною плівкою Al2O3, яка перешкоджає його подальшому окислюванню),

 висока теплопровідність,

 не отруйність його сполук.

Крім алюмінієвих сплавів для виготовлення шнека використовують нержавіючу сталь, яка за характеристиками міцності значно краще, проте має більшу питому вагу, тому виріб буде важче, що вже є недоліком.

Для металевих шнеків використовують сталі марок - 10Х18Н10, 08Х17. Сталь - це сплав заліза з вуглецем, який містить до 2,14 % вуглецю і домішками (кремній, марганець, сірка, фосфор та гази) та легуючи елементи.

Корозійностійка сталь - це сталь стійка до корозії у атмосфері та агресивних середовищах сталь. Стійкість досягається легуванням. Основний легуючий елемент нержавіючої сталі - хром (12-20 %). Вищий вміст хрому в сталі дає більший опір корозії, сплави з понад 12 % хрому не ржавіють у звичайних умовах і в слабкоагресивних середовищах, понад 17 % - корозієстійкі у агресивних окислювальних середовищах, зокрема в азотній кислоті міцністю до 50 %. Нержавіючі хромонікелеві сталі аустенітного класу немагнітні.

Алюмі́нієві спла́ви - легкі сплави на алюмінієвій основі, до складу яких входить один або декілька легуючих елементів. В промисловості використовують сплави алюмінію на основі систем: Al-Cu, Al-Si, Al-Mn, Al-Mg, Al-Cu-Mg. Переважно структура сплавів на основі алюмінію складається при кімнатній температурі з α-твердого розчину та інтерметалідної фази. Легуючі добавки (мідь, кремній, магній, цинк, манган) вводять в алюміній головним чином з метою підвищення його міцності. Ливарні сплави на основі алюмінію можуть належати до систем Al-Si, Al-Mg, Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Cu-Mg-Ni. Ливарні сплави маркують буквами АЛ (алюмінієвий ливарний) та цифрами, що вказують порядковий номер сплаву. Відповідно до ДСТУ 2839-94 в конструкторській документації ливарні алюмінієві сплави можуть позначатися із зазначенням хімічного складу, наприклад АК12 (ливарний алюмінієвий сплав, що містить близько 12% кремнію), ця марка відповідає позначенню АЛ2. Марка АЦ4Мг (АЛ24) відповідає ливарному сплаву системи Al-Zn-Mg з вмістом цинку - 3,5…4,5%, магнію - 1,55…2,05%.

Силумі́ни - загальна назва ливарних сплавів на основі алюмінію з кремнієм. Їх використовують у різних галузях промисловості. Відноситься до групи легких ливарних стопів алюмінію (основа) з кремнієм (вище 4%Si, в деяких марках до 26%) та деякими іншими елементами, якими легують силумін залежно від бажаного поєднання технологічних та експлуатаційних властивостей: мідь, марганець, магній, цинк, титан, берилій. Найпоширеніші сплави Al-Si, Al-Si-Mg (АК12, АК9ч, АК9пч, АК7ч, АК7пч, АК8л, АК9, АК7), вони вирізняються добрими технологічними властивостями.

Перевагами силумінів є їхня підвищена корозійна стійкість у вологому і морському середовищах, добра протидія кислотам, легкість, дешевість, хороші ливарні властивості: гарна плинність, мала усадка. Недоліком сплавів є крихкість. У подвійних (Al-Si) силумінах зі збільшенням вмісту кремнію знижується пластичність і підвищується міцність.

Силуміни поступаються за механічними властивостями ливарним сплавам на основі системи Al(алюміній) - Cu(мідь).

Сплави з пониженим вмістом свинцю, цинку, берилію відносяться до харчових і застосовуються у виробництві литого посуду.

Таким чином шнек м’ясорубок може бути виготовлений з таких алюмінієвих сплавів як - АК7, АК9, АК12.

 Для виготовлення пластикових шнеків можна застосувати поліпропілен, полістирол.

Поліпропіле́н - синтетичний полімер, продукт полімеризації пропілену, [-СН2-СН(СН3)-]n. Безбарвна речовина; густина (при температурі 20°С) 920…930 кг/м3, tпл=172°С. Характеризується високою ударною міцністю, стійкістю до багаторазових згинань, зносостійкістю, низькою паро- й газопроникністю, високими діелектричними показниками. Поліпропілен не розчиняється в органічних розчинниках, стійкий до діяння киплячої води і лугів; руйнується під дією азотної та сірчаної кислот, хромової суміші; відзначається низькою термо- і світлостійкістю. Основні способи переробки - формування методами екструзії, вакуум- і пневмоформування, екструзійно-видувного, інжекційно-видувного, інжекційного, компресійного формувань, лиття під тиском.

Полістиро́л (стирофлекс) - продукт полімеризації стиролу (вінілбензолу). Виробляють з рідкого стиролу, вихідною сировиною для якого є нафта та кам'яне вугілля

Полістирол - тверда, пружна, безбарвна, прозора, гнучка та негігроскопічна речовина. З полістиролу одержують пластичні маси, які широко застосовують в електротехнічній промисловості, для виготовлення предметів побутового призначення (посуд, фігурки, дитячі іграшки і т. д.), лінз, різнокольорових облицювальних плиток для будівництва та ін.

Основні способи переробки - формування методами екструзії, вакуум- і пневмоформування, екструзійно-видувного, інжекційно-видувного, інжекційного, компресійного формувань, лиття під тиском.

1.4