Проектування ділянки переробки пластмас методом лиття під тиском

Проектування ділянки переробки пластмас методом лиття під тиском

Вступ

Лиття пластмас під тиском - це найбільш популярна технологія переробки термопластичних матеріалів. Виробництво деталей здійснюється шляхом уприскування розплаву пластмасової сировини під тиском в прес-форму з подальшим охолоджуванням. Методом лиття пластмас здійснюють виробництво більше тридцяти відсотків від загального об'єму виробів з полімерних матеріалів. Більше п'ятидесяти відсотків всього устаткування, яке застосовується для переробки пластмас, орієнтовано для лиття під тиском.

Характерна відмінність лиття під тиском від решти технологій - це висока продуктивність. Даним методом виготовляються вироби складної форми, тому ідеально підходить для масового виробництва пластмасових деталей, важливою вимогою до яких є не тільки об'єми виробництва, але і точні геометричні і оптичні характеристики. Для початку виробництва деталей з використанням даної технології необхідне виготовлення прес-форми. Це оснащення є достатньо складною конструкцією, що обумовлює її високу вартість і тривалий термін її виготовлення (до 2-3 місяців). Залежно від конфігурації майбутнього виробу прес-форма може бути шиберна або безшиберна. Найбільш важлива характеристика прес-форми - це її ресурс, який при використанні певних марок сталі, може доходити до 1000000 зімкнень. Для даної технології використовується сировина у формі пластикових гранул, що володіють широким діапазоном фізичних і механічних властивостей. Кажучи про достоїнства даної технології перш за все потрібно сказати про таке, як висока точність отримуваних виробів.

1. Загальна частина

.1 Характеристика сировини і готової продукції з позначенням

На даному підприємстві використовують різні полімери наприклад такі як:

поліамід;

поліпропілен;

пластикат;

АБС;

поліетилен високого тиску;

)        Облась застосування поліаміда

Ці технічні умови поширюються на композиції на основі поліамідів , що виготовляються методом спільного компаундировання поліамідів 6 або 66 , волокнистих або дисперсних наповнювачів і модифікуючих добавок спеціального призначення на двухшнековом екструдері .

Композиції є термопластичними конструкційними матеріалами і призначені для виготовлення литтям під тиском або екструзією деталей і виробів, застосованих в автомобіле-, машино- , апаратобудуванні та електротехніці . Можливо їх поверхневе забарвлення та фарбування в масі .

Перевірка ТУ здійснюється регулярно, але не рідше одного разу на 5 років після введення їх в дії або останньої перевірки, якщо не виникає потреби перевірити їх раніше у випадку прийняття нормативно - правових актів, відповідних національних (міжнаціональних) стандартів та інших нормативних документів, які регламентують інші вимоги, ніж ті що встановлені в ТУ .

) Поліпропілен

Технічні вимоги :

Таблиця 1.1 ТУ У24.1-14338636-002-2009

Назва показника	Норма для марок																Метод випробування
	ПА6-														ПА66-
	СВ20-1	СВ30-1	Св30-3	Св30ТАФ-2	СВ30Э-1		СВ50-1	ТМ-20-1		СВМН 35-1	ОД-1	Св20-ОД-1		ТМ25ОД-1	СВ30-1	СВ30таф-2
1. Зовнішній вигляд	Гранули одного кольору згідно еталону																По 7.1
2. Гранулометричний склад	Гранули розміром від 2 до 5 мм не менше 95%																По 7.2
3 Масова частка наповнювача.,%	20±2.0	30±3.0	30±3.0	30±3.0		30±3.0	50±5.0	20±2.0	35±3.5		-	20±2.0	25±2.5		30±3.0	30±3.0	по 7.3
4. Масова частка води, %, не более	0,5	0,5	0,5	0,5		0,5	0,5	0,5	0,5		0,5	0,5	0,5		0,5	0,5	по ГОСТ 148 70 і по 7.4
5. Вигинаюча напруга при руйнуванні, МПа не менше	160	194	235	245		147	240	95	165		50	160	90		200	230	По ГОСТ 4648 і по 7.6
6. Ударна в'язкість по Шарпі на зразках: без надрізу, з надрізом. кДж/м2, не менше	40 7	48 7	65 7	65 7		50 17	57 -	50 9	32 -		24 -	32 -	35 -		40 7	35 6	По ГОСТ 4648 і по 7.6
7. Категорія стійкості до горіння	-	-	-	-		-	-	-	-		ПВ-0	ПВ-0	ПВ-0		-	-	По ГОСТ 4647 і по 7.7

* Для забарвлених марок можливо зниження показників згинальної напруги і ударної в'язкості за Шарпі, але не більше 10%.

** При наявності в матеріалі гранул розміром менше 2 мм більше 5 мм в кількості більше 5%, відвантаження продукції можливо за згодою споживача.

*** Можливий випуск композицій з іншим відсотковим вмістом наповнювачів і модифікуючих добавок при цьому допускається зміна рівня властивостей на ±10%.

Таблиця 1.2 Показники властивостей композицій на основі поліамідів

Назва показника	Норма для марок
	ПА6-											ПА6-6
	СВ20-1	СВ30-1	Св30-3	Св30ТАФ-2	СВ30Э-1	СВ50-1	ТМ-20-1	СВМН 35-1	ОД-1	Св20-ОД-1	ТМ25ОД-1	СВ30-1
1.Густина, г/см3	1,28	1,34	1,42	1,42	1,32	1,49	1.30	1,40	1,18	1.44	1,34	1.35
2. Міцність при розриві, %	135	165	170	180	168	215	76	115	65	125	70	155
3. Відносне подовження при розриві, %	6	5	6	6	6	3	-	4	-	-	-	3,5
4. Модуль пружності при згині	4,7	7,2	8.3	8.5	7,0	7,8	4,5	7,3	3,2	6,2	5,2	9,5
5. Ударна в'язкість по Шарпі на зразках без надрізу при -40оС, кДж/м2	-	31	50	60	63	57	35	32	18	24	26	-
6. Електрична міцність кВ/мм	21	21	21	21	21	20	22	21	21	21	21	21
7. Лінійна усадка при литті,%	0,6-0,8	0,4-0,8	0,3-0,5	0,3-0,5	0,5-0,7	0,4-0,6	0,7-0,9	0,5-0,7	1,0-1,2	0,3-0,5	0,3-0,5	0.5-1,0
8. Теплостійкість при температурі 130 +2 оС, год,	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3

Поліпропілен й сополімери поліпропілену повинні відповідати вимогам справжніх технічних умов і виготовляться за технологічним регламентом , затвердженим у встановленому порядку.

Поліпропілен й сополімери поліпропілену випускають у вигляді гранул від прозорого до молочного кольору розміром від 2мм до 5 мм. Допускається гранули розміром понад 5мм до 8 мм і менше 2 мм, а також злиплі , за умови злипання не більше трьох гранул. Масова частка гранул з відхиленнями за розмірами і злиплих не повинна перевищувати в сумі 5 % від маси партії поліпропілену.

Поліпропілен й сополімери поліпропілену повинні відповідати вимогам і нормам.

Поліпропілен й сополімери пропілену для виготовлення труб господарсько - питного водопостачання , виробів медичного призначення , іграшок та виробів , призначених для контакту з харчовими продуктами , порожнину рота і тканинами організму , застосовують тільки при наявності дозволу Міністерства охорони здоров'я України .

Аналоги застосовуваних стабілізаторів і добавок повинні мати гігієнічні сертифікати.

Маркування

На кожну пакувальну одиницю (мішок) наносять транспортне маркування із зазначенням таких даних:

найменування країни - виробника ;

товарного знака підприємства-виробника, його найменування, адресу;

умовне позначення продукту ;

номер партії ;

дати - місяць і року виготовлення ;

маса нетто;

адреси станцій - відправника;

позначення цих технічних умов ;

Маркування наноситься українською мовою. Для продукції , призначеної на експорт - на мовою, обумовленому в договорі ( контракті) на поставку.

Упаковка

Поліпропілен і сополімери поліпропілену упаковуються в поліетиленові або поліпропіленові мішки. Мішки укладаються на плоских піддонах і упаковуються в термоусадочну плівку.

Розміри порожніх мішків :

Ширина - 400 (±30) мм;

довжина -800 (±30) мм;

косинка - 80 (±20 ) мм.

Область застосування

Ці технічні умови поширюються на поліпропілен і сополімери пропілену марки ЛІПОЛ , одержувані безперервною полімеризацією пропілену та сополімеризацією пропілену та етилену в присутності металоорганічних каталізаторів при низькому і середньому тисках за ліцензією фірми «Хаймонт » за технологією « Сферіпол » в петлевом і газофазовом реакторах.

Поліпропілен і сополімери пропілену марки Ліпол , призначені для виготовлення плівок , волокон , труб. Технічних виробів , для медичної харчової промисловості та виробів народного споживання.

Ліпол - торгова марка ізотактичного поліпропілену , і призначеного як для внутрішнього ринку , так і для поставок на експорт.

Технічні умови необхідно перевіряти регулярно , але не рідше одного разу на п'ять років , після введення в дію або останньої перевірки , якщо не виникає необхідність перевіряти їх частіше у випадки прийняття нормативно - правових актів , відповідних національних ( міждержавних ) стандартів або інших нормативних документів , якими регламентовані інші вимоги , ніж ті, які встановлені в технічних умовах.

Таблиця 1.3 ТУ У24.1-32292929-003:2007

Індекс розплаву ПТР. г/10хв	Температура, оС
	1 Nozzle (філь’єра)	2Barrel (циліндр)	3 Barrel (циліндр)	4 Barrel (циліндр)	Mold temp (форма)
˂1	235	250	250	250	60
1˂ ПТР ˂4	215	230	230	230	60
4˂ ПТР ˂8	195	210	210	210	60
8˂ ПТР ˂11	190	200	200	200	60
11˂ ПТР ˂15	175	190	190	190	60
ПТР ˃15	170	180	180	180	60

Таблиця 1.4 Показник якості поліпропілену Ліпол

Найменування показника	Норма
	Гомополімер	Сополімер
		Статистичний	Гетерофазний
1.Густина, кг/м3	900-910	900	900
2. Насипна густина гранул, кг/м3, не менше	450
3. Середній розмір гранул шт/г, не більше	50
4. Масова частка золи,% не більше	0,035
5. Стійкість до термоокислювального старіння при 150оС, годин, не менше.	200	250	250
6. Температура розм'якшення по Вікату в повітряному середовищі під дією сили 10Н, оС	143-152	125-138	140-153
7. Температура теплової деформації при навантаженні 0,46 Н/мм2, оС	90-100	70-80	85-97
8. Ударна в'язкість по ізоду з надрізом при 23 оС, Дж/м	20-180	40-100	65-500
9.Температура плавлення, оС	160-175	155-170	150-165
10. Питома теплоємність при 20 оС, кДж/кг оС	1,93	1,93
11. Коефіцієнт теплопровідності, ВТ/м оС	0,16-0,22	0,16-0,22	0,16-0,22
12. Максимальна температура при тривалій експлуатації виробів без навантаження, оС	100-110	100-105	100-105

) Пластикат

Технічні вимоги

Пластикат повинен виготовлятися відповідно до вимог даного стандарту за технологічним регламентом затвердженим у встановленому порядку.

По електричних, фізико - хімічними та іншими показниками полівінілхлоридний пластикат повинен відповідати нормам.

Таблиця 1.5 Марки пластикату

Тип	Марка
І-ізоляційний	І40-13 І40-13А І50-13 І40-14 І50-14 І60-12
ІТ- ізоляційний термостійкий	ІТ-105
ІО- ізоляційний і для оболонок	ІО45-12
О- для оболонок	О-40 О-50  О-55 ОМБ-60 ОНМ-50 ОНЗ-40

Таблиця 1.6 ГОСТ 5960-72 С.5

Марка пластикату	Температура нагріву валка, оС	Час вальцювання листів різної товщини, хв
		0,5мм	1,0мм	1,8:2,0мм
І40-13	160±5
І40-13А	160±5	5-6		7-10
І50-13	160±5
І40-14	160±5
І50-14	160±5
І60-12	160±5	5-6		7-10
ІТ-105	160±5
ІО45-12	160±5
О-40, крім рецептури	160±5
ОМ-40
О-40
Рецептури ОМ-40
О-50	160±5	8-10		8-10
О-55	160±5
ОМБ-60	160±5
ОНМ-50	160±5
ОНЗ-40	160±5	5-6		7-10
	160±5

Таблиця 1.7 Фізико-механічні властивості базових марок пластикату

Найменування показника	Норма для марок				Метод випробування
	І40-13	І40-13А		І50-13
		Вищий сорт	Перший сорт
1.Міцність при розриві, МПа (кгс/см2), не менше	17,6 (180)	19,6 (200)	17,6 (180)	19,6 (200)	По ГОСТ 11262-80 і п.4.8 справжнього стандарту
2.Відносне подовження при рориві,%, не менше	200	250	200	200	По ГОСТ 11262-80 і п.4.8 справжнього стандарту
3.Температура крихкості, оС, не вище	Мінус 40	Мінус 40	Мінус 40	Мінус 50	По ГОСТ 16783-71 і п.4.9 справжнього стандарту
4.Водопоглинання,% не більше	0,32	0,20	0,26	0,32	По ГОСТ 4650-80 і п.4.21 справжнього стандарту
5.Темпераура розм’якшення, оС	180±10	180±10	180±10	190±10	По п.4.22 справжнього стандарту
6.Густина, г/см3	1,27-1,35	1,28-1,32	1,28-1,32	1,29-1,35	По ГОСТ 15139-69 і п.4.23 справжнього стандарту

Таблиця 1.8 Фізико-механічні властивості базових марок пластикату

Найменування показника	Норма для марок					Метод випробування
	І60-12	І40-14		І50-14	Іт-105
		Вищий сорт	Перший сорт
1.Міцність при розриві, МПа (кгс/см2), не менше	9,8 (100)	19,6 (200)	17,6 (180)	17,6 (180)	14,7 (150)	По ГОСТ 11262-80 і п.4.8 справжнього стандарту
2.Відносне подовження при розриві,%, не менше	300	250	200	200	340	По ГОСТ 11262-80 і п.4.8 справжнього стандарту
3.Температура крихкості, оС, не вище	Мінус 60	Мінус 40	Мінус 40	Мінус 50	Мінус 40	По ГОСТ 16783-71 і п.4.9 справжнього стандарту
4.Водопоглинання,% не більше	0,46	0,23	0,26	0,32	0,2	По ГОСТ 4650-80 і п.4.21 справжнього стандарту
5.Темпераура розм'якшення, оС	175±10	180±10	175±10	190±10	Не нижче175	По п.4.22 справжнього стандарту
6.Густина, г/см3	1,16-1,24	1,28-1,32	1,28-1,32	1,26-1,30	1,21-1,27	По ГОСТ 15139-69 і п.4.23 справжнього стандарту

Таблиця 1.9 ГОСТ 5960-72 С.9

Найменування показника	Норма для марок						Метод випробування
	ІО45-12		0-40		0-50
	Вищий сорт	Перший сорт	Вищий сорт	Перший сорт	Вищий сорт	Перший сорт
1.Колір	Незафарбоване чорне під слонову кістку, коричневий, сірий	Незафарбоване чорне під слонову кістку, коричневий, сірий	Чорний	Чорний	Чорний	Чорний
2.Міцність при розриві, МПа (кгс/см2), не менше	11,7 (120)	10,7 (110)	14,7 (150)	13,7 (140)	17,2 (175)	15,7 (160)	По ГОСТ 11262-80 і п.4.8 справжнього стандарту
3.Температура крихкості, оС, не вище	Мінус 45	Мінус 45	Мінус 40	Мінус 40	Мінус 52	Мінус 50	По ГОСТ 16782-83 і п.4.9 справжнього стандарту
4.Температура розм'якшення, оС	170±10	170±10	170±10	170±10	175±10	175±10	По п.4.22 справжнього стандарту
5.Густина, г/см3	1,20-1,25	1,20-1,25	1,22-1,33	1,22-1,33	1,25-1,31	1,25-1,31	По ГОСТ 15139-69 і п.4.23 справжнього стандарту

Таблиця 1.10 ГОСТ 5960-72 С.9

Найменування показника	Норма для марок							Метод випробування
	0-55		ОМБ-60	ОНМ-50	ОНЗ-40	0-40 рец Ом-40
	Вищий сорт	Перший сорт				Вищий сорт	Перший сорт
1.Колір	Чорний	Чорний	Чорний	Чорний	Не зафарбований	Чорний	Чорний
2.Міцність при розриві, МПа (кгс/см2), не менше	11,7 (120)	10,7 (110)	11,7 (120)	11,7 (120)	13,7 (140)	120	110	По ГОСТ 11262-80 і п.4.8 справжнього стандарту
3.Температура крихкості, оС, не вище	Мінус 55	Мінус 55	Мінус 60	Мінус 50	Мінус 50	Мінус 40	Мінус 40	По ГОСТ 16782-83 і п.4.9 справжнього стандарту
4.Температура розм'якшення, оС	170±10	170±10	Не нижче 170	Не нижче 210	175±10	175±10	175±10	По п.4.22 справжнього стандарту
5.Густина, г/см3	1,18-1,25	1,18-1,25	Не нормують	Не нормують	1,25-1,31	Не більше 1,4	Не більше 1,4	По ГОСТ 15139-69 і п.4.23 справжнього стандарту

) АБС

За технічними умовами поширюються на сополімери акрилонитрилсутадиенстирольні ( АБС ) , призначені для виготовлення конструкційних виробів і товарів народного споживання методом лиття під , тиском і методом екструзії , а також для компадіровання з полівінілхлоридом. Сополімери АБС отримують методом безперервної емульсійної полімеризації шляхом кополімеризації і щеплення стиролу , альфа- метілстирола , нітрилу акрилової кислоти на полібутадієновими або бутадіенстирольні каучуковий латекси марок Аl - 12 , Аl - 10 , СКС -32.

Таблиця 1.11 Параметри лиття

Параметри лиття	Величина параметрів для марок
	АБС-2020 АБС-2020-60 АБС-2150	АБС-2802 АБС-1106	АБС-0809	АБС-1210	АБС-250І
1.Питомий тиску лиття, МПа (кгс/см2)	128±10 (1300±100)	128±10 (1300±100)	128±10 (1300±100)	128±10 (1300±100)	128±10 (1300±100)
2.Час упорскування	1,5-2,0	1,6-3,0	1,5-2,0	1,5-2,0	1,6-3,0
3.Температура литтєвої форми, оС	75±5	60±5	75±5	85±5	60±5
4.Час витримки під тиском, с	15±5	15±5	15±5	12,5±2,5	15±5
5.Час охолодження, с	25±5	25±5	25±5	25±5	25±5
7.Чісло оборотів шнека, об / хв	60±10	60±10	60±10	60±10	50±10

Таблиця 1.12 Якісні показники АБС

Найменування показника	Норма для марок АБС-2020		Метод випробування
	Вищий сорт	Перший сорт
1.Масовая частка води,%, не більше	0,28	0,3	По ГОСТ 11736-78 и п.5.6 справжніх ТУ
2.Ударная в'язкість по Ізоду, кДж/м2 (кгс, см/см), не менше	24,5 (25)	19.6 (20)	По ГОСТ 19109-04 и п.5.8 справжніх ТУ
3.Відносне подовження при розриві,%, не менше	22	18	По ГОСТ 11262-80 и п.5.9 справжніх ТУ
4.Показники плинності розплаву г/10хв, не менше	100	98	По ГОСТ 11645-79 и п.5.12 справжніх ТУ

5) Поліетилен високого тиску

Таблиця 1.13 Фізико-механічні властивості

Найменування показника	Норма для марки
	Вищий сорт	Перший сорт	Другий сорт
1.Густина, г/см3	0,9190±0,002	0,9190±0,002	0,9190±0,002
2.Показник плинності розплаву (номінальних значення) з допуском,%, г/10хв	2,0±25	2,0±25	2,0±25
3.Розкид показників плинності розплаву в межах партії,% не більше.	±6	±12	±15
4.Кількість включень,шт.	2	8	30

Таблиця 1.14 С.24 ГОСТ 16337-77

Найменування показника	Норма для марки
	15803-020
1. Межа текучості при розтягуванні, Па (кгс/см2), не менше	93*105 (95)
2. Міцність при розриві, Па (кгс/см2), не менше	113*105 (115)
3. Відносне подовження при розриві,% не менше	600
4. Стійкість до розтріскування, ч, не менш	-
5. Масова частка речовин, що екстрагуються%, не більше вищого ґатунку  1-го і 2-го сорту	0.4 0,6
6. Запах і присмак водних витяжок, бал, не вище	1

Лиття під тиском

Лиття під тиском - це основний метод переробки полімерних матеріалів і отримання виробів, що полягає в пластикації, гомогенізації полімерного матеріалу в матеріальному циліндрі і впорскуванні його в заздалегідь замкнену форму, яка охолоджується для термопластів і нагрівається для реактопластів.

Литтям під тиском виготовляють вироби з термопластичних і термореактивних пластмас різноманітної конфігурації та маси, що розрізняються від десятих часток грама до багатьох десятків кілограм, по товщині стінок - від десятих часток міліметра до декількох десятків сантиметрів. При чому вироби мають високу точність і стабільність розмірів.

При литті термопластів розплав, заповнює форму, твердне при охолодженні, після чого форма розкривається і виріб виштовхується.

При формуванні реактопластів полімерну композицію впорскують у форму, яку потім нагрівають до температури затвердіння матеріалу. Після цього форму відкривають, і виріб також витягується.

Переробка пластмас у вироби зводиться до створення конструкції, що забезпечує заданий комплекс експлуатаційних властивостей, шляхом переводу полімерного матеріалу в стан, в якому він легко здобуває необхідну форму з його подальшою фіксацією (збереженням).

Лиття під тиском має ряд переваг в порівнянні з пресуванням і екструзією: хороша пластикація і гомогенізація продукту; точне дозування полімерного матеріалу; легко автоматизується процес.

Серед недоліків слід відзначити: анізотропію властивостей, при литті; різну усадку для матеріалів.

Пресування

Пресування - це технологічний процес, сутність якого полягає в пластичній деформації полімерного матеріалу при одночасній дії на нього тепла і тиску з наступною фіксацією форми.

В даний час методом пресування переробляються тільки реактопласти.

Даним методом виготовляють: шаруваті листові пластики, дозуючі таблетки з прес-порошків.

Існує компресійне (пряме) і трансферне (литтєве) пресування.

Компресійне пресування - процес, при якому матеріал завантажується безпосередньо в формуючу порожнину прес-форми, де відбувається його формування.

Цей спосіб відрізняється невисокою продуктивністю, проте, їм можна переробляти усі реактопласти.

Трансферне пресування це спосіб, при якому попередньо підігрітий і пластифікований полімерний матеріал впорскується з завантажувальної камери через ливникові канали в порожнину прес-форми.

Переваги даного методу - виготовлення деталей складної форми з арматурою; рівномірне затвердіння виробу.

Недоліками методу є: складність автоматизації процесу.

Пневмо- і вакуумформування

Пневмо- і вакуумформування - це процес формування виробу з листового полімерного матеріалу, переведеного нагріванням в високоеластичний стан і надання необхідної конфігурації за рахунок різниці тисків під і над листовою заготовкою, створеної стисненим повітрям або вакуумом.

Це відносно дешевий спосіб отримання великогабаритних виробів (ванни, корпуси, упаковка для харчових продуктів).

Перевага даного методу: мала вартість і металоємність обладнання; добре піддається автоматизації.

Недоліками методу є: низька продуктивність через тривалість циклу формування; складність нагріву, формування й обрізки листів понад 3 мм; велика кількість відходів до 40 %.

Вибір методу переробки

При виборі методу переробки будемо виходити з проведеного літературного огляду і на основі комплексного аналізу наступних показників:

вид матеріалу, що переробляється;

вимоги асортиментної програми (за формою виробу; по граничним значенням товщини стінок; по співвідношенню габаритних розмірів виробу);

серійність виробництва;

вимоги до якості виробів.

У цьому випадку більш підходящим методом переробки полімерів є лиття під тиском, так як пресуванням переробляють, як правило, реактопласти.

Крім того, литтям під тиском переробляються усі без винятку термопластичні матеріали, вид і марки яких вибираються в залежності від призначення виробів, міцності, теплостійкості, і інших властивостей. В даний час, більш 30 % обсягу термопластів переробляється цим методом, і обсяги виробництва виробів з термопластів методом лиття під тиском мають тенденцію до збільшення. При литті під тиском забезпечується точність розмірів виробів, більш висока чистота їх поверхні і менша витрата сировини, ніж при отриманні виробів іншими методами (видуванням, вакуумним і пневматичним формуванням).

Вартість литтєвих машин порівняно невелика.

Таким чином, з урахуванням проведених досліджень для проектованого цеху найбільш зручним і вигідним методом переробки термопластів є лиття під тиском, тому що він більш повно відповідає вимогам завдання на проектування за видами переробки, вимогам асортиментної програми, серійності виробництва і якості виробів.

Технологічні особливості лиття під тиском

Технологічний процес лиття виробів з термопластичних полімерів складається з наступних операцій: плавлення, гомогенізація і дозування полімеру; змикання форми; підведення вузла вприскування до форми; впорскування розплаву; витримка під тиском і відведення вузла вприскування; охолодження виробу; розкриття форми і витяг виробу.

Операції вприскування розплаву і витримки його під тиском супроводжуються тим, що циліндр литтєвої машини вже підведений до литтєвої форми і сопло з'єднане з ливниковим каналом форми. Шнек під дією поршня вузла вприскування переміщується до форми, і розплав впорскується в формуючу порожнину. Для виключення витікання розплаву з форми дається витримка під тиском. Під час охолодження вироба, коли розплав в ливниках достатньо охолоджений, вузол вприскування відводиться від форми і починається дозування нової порції розплаву, шнек зупиняється. Після закінчення охолодження форми, відбувається її розкриття і виріб видаляється. Така загальна послідовність технологічних операцій.

Більшість термопластів не потребує попередньої обробки перед завантаженням у литтєву машину, якщо не вважати фарбування в потрібний колір. Поліаміди і полікарбонат, здатні при зберіганні воложитися, піддаються сушці. Підвищена зволоженість матеріалів призводить до утворення пухирів, сріблястості на поверхні виробів. Підсушування проводять безпосередньо перед переробкою.

Ливники, браковані вироби та інші відходи переробки термопластів підлягають попередньому розбиранню, очищенню та подрібленню. Після цього вони можуть бути використані як добавки до свіжого матеріалу.

Нагрівальний циліндр є основним технологічним вузлом машини, що визначає її продуктивність і якість виробів. До нагрівального циліндра висувають такі вимоги:

високий коефіцієнт теплопередачі від джерел нагріву до матеріалу при невеликих різницях температур стінок циліндра і матеріалу;

рівномірний нагрів матеріалу і відсутність місцевих перегрівів.

Для вимірювання температури розплаву в різних зонах обігрівання циліндра використовують термопари.

Режим охолодження виробу у формі впливає як на продуктивність машини, так і на якість виробів. Інтенсивне охолодження збільшує продуктивність машини, але може привести до зниження якості виробів через появу внутрішніх напружень. Чим вище температура затвердіння термопласту, тим вище повинна бути температура форми.

Температура форми перед заповненням звичайно нижче температури лиття на 100 - 150 °С.

Тривалість циклу складається з часу змикання форми, впорскування, витримки під тиском і розкриття форми. Час впорскування залежить від маси відливки, форми виробу, перерізів впускних клапанів, плинності термопласту, температури і тиску розплаву в матеріальному циліндрі та інтенсивності охолодження виробу у формі. Для різних термопластів при рівних умовах тривалість вприскування особиста і коливається в межах від 2 - 3 с (для полістиролу) до 40 - 60 с (для поліаміда - 54) на 1 мм товщини виробу.

Чим більше маса відливки, тонше стінки виробу і складніше його форма і чим менше перетин впускних каналів форми, тим більше час вприскування. Чим вище плинність термопласту, тиск і температура розплаву в матеріальному циліндрі машини, тим менше тривалість.

Одним з основних технологічних показників процесу є тиск лиття. Під тиском матеріал проходить матеріальний циліндр, ливникові канали і заповнює порожнину форм. Тиск, під яким перебуває розплав в порожнинах форми, завжди менше тиску, створюваного черв'яком або поршнем [ ].

лиття полімер тиск

2. Технологічна частина

.1 Теоретичні основи методу переробки

.1.1 Технологічні параметри лиття під тиском термопластів

Технологічні параметри поділяються на дві групи:

перша група - параметри, які визначають стан полімеру в інжекційному циліндрі;

друга група - стан полімеру у формі.

Першу групу параметрів і режим лиття обумовлюють технологічні характеристики сировини - її гранулометричний склад, текучість, теплофізичні характеристики, аномалія в'язкості (реологічні властивості), в'язкість, температурний інтервал в'язкотекучого стану. До першої групи параметрів належать:

температура в матеріальному циліндрі (та ЇЇ поділ на зони);

час перебування полімеру в циліндрі при пластикації;

швидкість обертання шнека;

тиск у циліндрі;

тиск лиття;

швидкість упорскування (час упорскування).

Друга група складається з температури форми, тиску у формі, часу витримки під тиском, часу або швидкості охолодження.

Основними технологічними параметрами є:

температура розтопу та розподіл температур по зонах циліндра.

температура форми;

питомий тиск лиття та тиск упорскування;

тиск в формі;

час упорскування;

час витримки під тиском;

час на охолодження;

залишковий тиск у формі.

Ці параметри складають технологічний режим лиття термопластів. Вони залежать від технологічних характеристик сировини, конструктивних особливостей оснащення, виробу й енергосилових характеристик обладнання.

Важливим параметром технологічного режиму є час циклу, який визначає продуктивність виробництва і складається з таких складових:

τ= τ_зм.ф.+ τ_упр.+ τ_охол.+ τ_розм.ф.+ τ_підг,   (2.1)

де: τ_зм.ф і τ_розм.ф - час змикання і розмикання форми; τ_упр - час упорскування; τ_охол - час на охолодження; τ_підг - час на технологічну паузу.

Значення τ_зм.ф, τ_розм.ф і τ_упр. у виразі є паспортними даними литтєвої машини. Решта - розраховується залежно від природи полімеру і конструкції оснащення (враховуючи температурний режим лиття й охолодження). Найбільший вплив (лімітуючий) має охолодження, як найбільш тривалий процес, через це його інтенсифікація приводить до штенсифікації всього процесу лиття. У час охолодження входить час витримки під тиском і без тиску.

Час охолодження визначається перепадом температур розтопу й форми та теплопровідністю полімеру на основі закону конвективного теплообміну.

Розрахунок часу витримки на охолодження залежить від типу полімеру і конфігурації виробу. Коли полімер частково кристалічний (ПА, ПЕ, ПП, ПФ), то час на охолодження можна розрахувати аналітично:

Для стінки циліндричної форми τ_охол = ,  (2.2)

Для кулі   τ_охол = ,  (2.3)

Для пластини   τ_охол = ,  (2.4)= 2.78    (2.5)

де: а - коефіцієнт температуропровідності полімеру; h - середня половинна товщини стінки в найтовщому перетині виробу; Т_р, Т_охол, Т_в - температура, відповідно, розтопу на виході з впускного каналу, стінки форми і виробу в момент розмикання форми (Т_в ≈ Т_охол); h = 1/2δ; δ - товщина стінки в найтовстішому місці; λ - теплопровідність полімеру.

Потрібно врахувати, що охолодження зачинається відразу від моменту упорскування, тому час витримки під тиском входить в час на охолодження. Для аморфних полімерів більш придатний графічний метод визначення часу на охолодження з використанням критерію Фур'є:

τ_охол =     (2.6)

де: F₀ - критерій Фур’є, який визначається з графічної залежності F₀ від температурного градієнту , див. рис. 2.1.

Час витримки під тиском впливає на усадку полімеру й фізико-механічні властивості виробу. Цей час залежить від температур розтопу й форми, температуропровідності полімеру і геометрії ливників (впускних). Основне призначення витримки під тиском - компенсація первинної усадки полімеру, яка відбувається при попаданні розтопу в холодну форму. Витримка під тиском проводиться до моменту застигання полімеру у впускному ливнику, тобто до моменту, коли температура в центральній частині ливника досягає значення Т_охол < Т_m полімеру, де Т_m - температура текучості полімеру.

Час витримки під тиском можна розрахувати, використовуючи залежність:

Рис. 2.1 Номограми залежності температурного градієнту від часового фактору: 1 - у центрі кулі; 2 - циліндр (L»D); 3 - куб; 4 - циліндр (L=Г); 5 - стержень квадратного перерізу; 6 - пластина.

τ_витр = ,   (2.7)

де: К_л - коефіцієнт, який враховує течію в каналі, К_л = ;  - об'єм розтопу, який надходить у форму при витримці, залежить від об'ємної усадки розтопу; V - об'єм впускного каналу;  - коефіцієнт, який враховує форму ливника,  = 2 (для циліндра), =1,5 (для щілини і кільця); Т_k - температура розтопу в каналі; г - радіус ливника (впускного).

Коли г > 1/2 δ виробу, то час витримки розраховують:

τ_витр = ,   (2.8)

де: δ - товщина стінки виробу.

Чим більший r, тим більший τ_витр і тим менша первинна усадка виробу, оскільки досягається нижча Т_охол і вища щільність матеріалу.

Час упорскування (τ_упр) визначає швидкість упорскування, котра як вже зазначалося, суттєво впливає на режим заповнення форми, структурну орієнтацію й, у кінцевому підсумку, на якість виробу. Як правило, час упорскування є паспортною величиною, яка характерна для даної машини і визначає час переміщення шнека (швидкість поступального переміщення вперед). Час упорскування визначає довжину шляху переміщення розтопу в порожнині і змінюється залежно від неї. Як відомо, для кожного полімеру характерна відповідна довжина шляху перетікання в каналі. Однак, час на проходження розтопом 90 % шляху становить близько 3 с. Наступні 10 % шляху розтоп проходить з експоненціальним сповільненням. Максимальну віддаль у формі потрібно вибирати меншу від 0,9 L_мах. Час упорскування, закономірно, буде зменшуватись зі зменшенням в'язкості розтопу.

Час упорскування можна вирахувати, виходячи з об'єму упорскування:

,  (2.9)

де: G - маса всієї відливки; С - число ливникових каналів; ρ_p - питома густина розтопу.

Отже, τ_упр залежить від геометрії форми, температур розтопу й форми, тиску лиття і маси відливки. L_мах - максимальна віддаль течії розтопу в стандартному каналі при стандартному режимі лиття

Швидкість упорскування впливає на продуктивність процесу і на якість течії розтопу. Існує критична швидкість розтопу, вище якої спостерігається нестаціонарна течія - порушується стабільність струмини (можливі її розриви, пульсації внаслідок псевдокристалізації). Крім того, у результаті значної дисипації енергії можливі деструктивні процеси. Швидкість упорскування вибирають оптимальною для даного полімеру і конфігурації ливників та виробу (форми).

Отже, час упорскування вибирають в межах 0,5  3 с. Зі збільшенням розмірів порожнини форми час зсувається в бік більших значень і навпаки. Аналогічна залежність τ_упр від в'язкості розтопу. Для більшості технологічних процесів лиття термопластів час упорскування перебуває в межах 1  2 с, а наступні операції, як правило, здійснюються впродовж такого часу: τ_витр - 5  12 с; τ_охол - 10  90 с; τ_зм.ф і τ_розм.ф - у межах 1  2 с кожний.

Температура розтопу (температура лиття) залежить від природи полімеру, конструкції форми, її гніздності, конфігурації виробу і впливає на час упорскування (лиття), тиск лиття, швидкість охолодження й якість виробу. Температура розтопу повинна забезпечити ефективну гомогенізацію й стаціонарну течію розтопу під час упорскування - швидке, якісне заповнення форми. Вона визначається з температурного інтервалу в'язкотекучого стану полімеру і реологічних характеристик розтопу. Температура розподіляється і зростає за зонами матеріального циліндра - рис. 2.2:

 

  Т₁ < Т₂ < Т₃ ≥ Т₄

Рис. 2.2 Розподіл температури в зонах литтєвого циліндра і сопла

Приймається, що Т₁, як правило, більша від Т_m (Т_пл) на 10  20 °С, наступні значення Т збільшуються з градієнтом , який залежить від інтервалу в'язкотекучого стану і мінімально дорівнює 10 °С. Для полімерів, в'язкість яких дуже висока, а залежність  не є крутою, градієнт збільшують до 30  40 °С. Температура сопла (Т₄) не повинна досягати температури деструкції (Т). Повиина зберігатись така залежність:

 °С,

де: Т_р - температура розтопу при литті.

Цю різницю () треба враховувати, виходячи з того, що внаслідок втрат тиску при в'язкій течії при стисканні розтопу в ливникових каналах відбувається саморозігрів розтопу за рахунок дисипації енергії (рис. 2.5, крива 3). Підвищення температури внаслідок дисипативних втрат обчислюється із залежності:

,

,

де:  - сумарні втрати тиску при текучості в соплі і ливниках; , С_р - питомі густина і теплоємність розтопу при температурі лиття.

Підвищені вимоги до величини  дуже важливі для термонестабільних полімерів, наприклад ПА і ПВХ тощо. Для таких полімерів слід обов’язково враховувати дисипативний розігрів при пластикації й упорскуванні, тому завжди .

З підвищенням Т_р полегшується заповнення форми, зменшуються орієнтаційні напруження знижується тиск лиття, підвищується глянець поверхні, але подовжується цикл лиття, зростає усадка, а при надто високій температурі появляються впадини й утяжини на поверхні, можливе зменшення міцності виробу, одночасно зростає переливка (витискання розтопу за межі порожнини).

Температура форми. У виробництві намагаються формувати виріб у максимально охолодженій формі. Однак, як це зазначалось вище, температура форми (Т_ф) суттєво впливає на режим її заповнення (особливо для тонкостінних виробів) і якість виробу. Ця температура визначає продуктивність виробництва найбільшою мірою. При розробленні технологічного режиму Т_ф, встановлюють такою, щоб за оптимальний час забезпечити необхідну штивність виробу при його знятті. Вона залежить від теплофізичних характеристик полімеру, його природи, температури лиття (Т_р) і може бути розрахована як температура охолоджувальної стінки форми:

Т_охол = ,  (2.10)

Т_виробу = Т_охол ≤ Т_с або Т_М;

де: Т_с і Т_М - температура силування для аморфних і теплостійкість за Мартенсом для кристалічних термопластів; Т_р і Т_ф - температури розтопу і стінки форми; λ_р і λ_ф - теплопровідність розтопу і форми відповідно.

На практиці часто беруть Т_ф = Т_виробу - 20 °С, Т_виробу - температура виробу в момент розмикання форми, яка повинна забезпечити його штивність, і повинна бути меншою або рівною Т_с для аморфних, або Т_М для кристалічних полімерів. Т_М - теплостійкість за Мартенсом.

Тиск лиття (питомий тиск і тиск у формі). Високий опір. який виникає при течії розтопу в соплі, ливниках і в порожнині форми, вимагає високого тиску лиття для забезпечення заповнення форми з потрібною швидкістю, а також для досягнення необхідного ущільнення розтопу у формі. Тиск лиття (тиск у матеріальному циліндрі) визначається залежно від питомого тиску лиття (Р_пит), який є характерною величиною що залежить від типу полімеру і залежить від температури. Тиск лиття розраховують з:

Р_л = Р_пит , (2.11)

де: F - площа перерізу плунжера (шнеку) литтєвої машини.

При течії через ливникову систему спостерігаються значні втрати тиску, тому тиск у формі буде меншим, ніж тиск в матеріальному циліндрі. Втрати тиску залежать від перерізу ливників (r), шляху течії (L), висоти порожнини форми (h), в'язкості розтопу () і зростають при пониженні температури форми (T_ф) внаслідок підвищення в’язкості розтопу. Отже, Р_л = .

На зміну тиску в порожнині форми впливає й режим упорскування (рис. 2.3). Спостерігається безперервний спад тиску в порожнині при литті з використанням звичайних сопел без запірних елементів (крива 2) і фактично тиск мало спадає при використанні самозапірних сопел (крива 1).

Рис. 2.3 Залежність тиску в формі від довжини порожнини: 1 - з попереднім стисканням; 2 - без попереднього стискання

Попереднє стискання розтопу при використанні самозапірних сопел зменшує нерівномірність розподілу тиску в об'ємі виробу. Тиск у формі менший, ніж тиск лиття, внаслідок втрати тиску у ливникових каналах і в порожнині форми; знаходиться в межах:

Р_ф = (0,4  0,6) ∙ Р_л, (2.12)

Слід пам'ятати, що тиск у формі впливає на усадку при твердненні (застиганні) матеріалу і на фізико-механічні властивості виробу. Вплив на властивості буде розглянуто далі.

Загалом тиск лиття впливає на усадку, режим заповнення форми, орієнтаційні напруження і фізико-механічні властивості, а також - на точність виробу. Тиск лиття (питомий тиск) залежить для конкретного полімеру від Т_р і Т_ф (отже від в'язкості розтопу). При підвищенні цих температур тиск упорскування зменшується. Зі зменшенням в'язкості (при підвищенні температури розтопу) покращується передача тиску у форму (Р_ф зростає). Зменшення площі перетину ливників і висоти порожнин форми, а також збільшення L_ф призводить до того, що Р_л збільшується.

При литті під тиском велике значення має залишковий тиск у формі після застигання виробу (Р_заг). Розглянемо циклограму процесу лиття (рис. 2.4).

 

Рис. 2.4 Циклодіаграма лиття при різних режимах: 1 - без втрат тиску на нещільності при повній компенсації первинної усадки (шнек має запас ходу); 2 - з втратами тиску на нещільності форми й неповній компенсації усадки (шнек без запасу ходу); 3 - зміна температури у формі; ОА - заповнення форми; АБ - стискання розтопу (ущільнення); БС - витримка під тиском; СД (СГ) - витримка на охолодження.

Як бачимо з циклодіаграми, щільність форми і наявність запасу ходу шнека відіграють велику роль у формуванні (впливають на τ_охол і Р_зал). Залишковий тиск у формі в момент розкриття форми (етап ЕГ) повинен мати цілком певне значення. Тому цикл лиття значною мірою залежить від його заданої величини. Р_зал визначає податливість виробу до зняття і місце знаходження виробу при розмиканні. При необхідності зняття виробу з пуансона Р_зал повинен бути вищим, ніж при умові зняття виробу з матриці. Надто високий залишковий тиск може спричинити руйнування чи застрягання виробу при розмиканні форми. Цілком зрозуміло, що Р_зал є функцією тиску лиття та часу охолодження: Р_зал = f(Р_упр і τ_охол). Тому надмірне підвищення тиску лиття (Р_л) є небажаним. Разом з тим, лиття виконують при досить високих тисках - 50  200 МПа.

В стандартах на полімер наводяться інтервали питомого тиску лиття, а конкретне його значення вибирають залежно від температур розтопу і форми, конструкції форми і виробу, необхідної точності лиття.

Питомий тиск (отже, і тиск лиття в інжекційному циліндрі) можна обчислити із залежності:

, (2.13)

де: R - газова стала;  - питомий об'єм полімеру; b - стала, що залежить від природи полімеру; К - коефіцієнт, який залежить від розмірів форми, в'язкості розтопу й температури форми:

= L   (2.14)

де: Ф - периметр перерізу порожнини, який перпендикулярний до напрямку лиття; L - довжина формувальної порожнини, починаючи від впускного ливника;  = Т_форм - температура розтопу в момент упорскування, яка розраховується з урахуванням дисипації енергії; У - середня первинна усадка виробу у формі; Т_в - температура виробу при розмиканні; М - молекулярна маса ланки полімеру; Р - константа;  і  - відповідно втрати тиску в ливниках і в соплі.

Від цих втрат залежить тиск на виході з впускного каналу - тиск упорскування:

Р_упр = Р_л - ()   (2.15)

Знаючи тиск упорскування можна аналітично розрахувати який тиск буде досягнутий у порожнині форми:

Р_ф = Р_упр ∙ (0,07/К + 0,045∙К + 0,72),  (2.16)

де: К - розраховують за рівнянням (2.14).

Таким чином, можна аналітично визначити необхідний тиск, який потім перевіряється (уточнюється) експериментально.

Практично, найчастіше використовують дані типових технологічних процесів і стандарти на матеріали для вибору технологічних параметрів лиття, які, як вже зазначалося, уточнюються залежно від конструктивних особливостей форми і виробу, технічних даних машини, технологічних характеристик сировини. У стандартах подані інтервали Р_пит, Т_р і Т_ф, а внаслідок уточнення вибирають конкретні одиничні значення параметрів.

.1.2 Вплив технологічних параметрів на якість виробів і продуктивність технологічного процесу

Температурний режим суттєво впливає на заповнення форми і фіксацію внутрішніх напружень. Одночасно Т_р і Т_ф впливають на цикл лиття, продовжуючи його при їх підвищенні. Підвищення температури зменшує енергосилові витрати машини, оскільки потрібний менший тиск лиття. Надмірне підвищення температури розтопу може призвести до великої переливки і браку. На рис. 2.5 ілюструє вплив температури розтопу на граничне напруження розтягу виробу вздовж напрямку лиття.

Як бачимо, температура розтопу значно впливає на механічні властивості виробів, що одержують литтям під тиском: з її ростом у більшості полімерів знижується міцність при розтягу в напрямку орієнтації, що пов'язано зі зменшенням ступеня орієнтації. З ростом штивності полімерного ланцюга цей вплив послаблюється.

 

Рис. 2.5 Залежність міцності при розтягу виробів з полімерів від температури розтопу: 1 - кополімер МСН; 2 - ПММА; 3 - ПС блоковий.

Водночас, чим вища температура розтопу, тим менша анізотропія властивостей за перерізом виробів вздовж і поперек напрямку лиття (при однаковій температурі форми). Одночасно потрібно зауважити, що підвищення Т_р призводить до появи блиску на поверхні.

Підвищений тиск лиття прискорює упорскування, зменшує усадку, подовжує час охолодження до Р_зал. Найбільш ефективно він впливає при значній площі перетину впускного ливникового каналу - у цьому випадку підвищений тиск діє протягом довшого часу. Збільшення тиску лиття сприяє підвищенню міцності виробів, яка зростає тим більше, чим ближча температура розтопу до оптимальної (рис. 2.6).

Міцність виробів, які одержують литтям під тиском, залежить також від температури форми. Для аморфних полімерів цей вплив виражений слабкіше, що пов'язано, в основному, з характером зміни орієнтаційних процесів. При низькій температурі форми застигання відбувається швидко - це фіксує орієнтаційні напруження і сповільнює релаксацію.

На властивості кристалічних полімерів впливає режим кристалізації та ступінь кристалічності, який при цьому досягається. Підвищення температури форми сповільнює процес охолодження і сприяє глибшому процесові кристалізації (при температурах наближених але не вищих до оптимальної Т_кр). Тому з ростом температури модуль пружності й міцність кристалічних полімерів зростають, а відносне подовження й ударна в'язкість зменшуються.

Рис. 2.6 Залежність міцності при розтягу виробів з поліметилметакрилату від тиску в формі і температури розтопу (температура форми 30 °С): 1 - 210 °С; 2 - 220 °С; 3 - 230 °С

Тривалість заповнення форми (швидкість упорскування), у першу чергу залежить від конструкції литтєвої системи й особливостей конфігурації виробу. Збільшення часу упорскування призводить до охолодження розтопу, зростання в'язкості і підвищення ступеня орієнтації. Зі зростанням швидкості упорскування підвищується температура за рахунок розігріву в соплі. Чим температура вища, тим час упорскування в меншій мірі впливає на усадку матеріалу у формі.

Орієнтаційні напруження характерні для виробів з малою товщиною стінки, а термічні - для товстостінних. Орієнтаційні напруження в готовому виробі без зміни його конфігурації і розмірів не вдається зменшити, тому при виборі режиму лиття необхідно вживати заходи для зменшення ступеня орієнтації, підвищуючи температуру розтопу і швидкість заповнення форми (зменшуючи час упорскування).

Термічні напруження можна знизити зменшенням перепаду температур між матеріалом і формою, зміною конструкції виробу та системи охолодження. Також їх зменшують додатковим прогрівом готових виробів після виймання з форми (термічною обробкою).

Зрозуміло, що конкретний вплив технологічних параметрів на якість готових виробів, усадку і продуктивність процесу в реальних умовах складніший, оскільки ці характеристики комплексно залежать від усіх параметрів. У табл. 2.1 приведені варіанти вибору технологічних параметрів лиття під тиском для покращення якості готових виробів та усунення можливого браку при формуванні.

Таблиця 2.1 - Варіанти вибору технологічних параметрів лиття під тиском

Дефект	Тем-ра розтопу (Тр)	Тем-ра форми (Тф)	Розмір дози (Vупр)	Тиск упорск. (Рупр)	Час витрим. під тиском (τвитр)	Час внтрм. без тиску (τохол)	Швид. упорск.
Жолоблення	-∆∆∆
Утяжнни (впадини)	∆∆∆∆∆
Внутрішні порожнини	∆∆∆∆-
Занижений розмір деталей	∆	∆	∆	∆	∆	-	∆
Підв. розмір деталей	-
Обвуглені ділянки	----
Помітна лінія спаю	∆	∆	∆	∆	-	-	∆
Розшарування	∆∆---
Позначки: ∆ - для покращення підвищити;  - для покращення знизити.

.1.3 Види браку при литті під тиском та шляхи його усунення

Основними факторами, які обумовлюють брак, є порушення технологічного режиму або неправильне його встановлення; упущення при конструюванні оснащення; недозволені зміни технологічних характеристик сировини.

Основні види браку при литті під тиском, їх причини та способи усунення наведені в табл. 2.2.

Існують і інші види браку - застрягання виробу у формі (великий залишковий гиск), деформація виробу при виштовхуванні (малий час охолодження, висока температура форми), прилипання виробу (висока адгезія матеріалу, погано змащена форма), глибокі сліди від виштовхувачів (великий тиск виштовхування, малий час охолодження) тощо.

Як бачимо, для усунення браку необхідна детальна і комплексна оцінка всього процесу лиття під тиском і аналіз конструкції оснащення.

Таблиця 2.2 - Види браку виробів, які виготовляють литтям під тиском, їх причини та способи усунення

Види браку	Причини браку	Способи усунення
Недолив	Неправильне дозування, низька температура розтопу й форми, низький тиск лиття, неправильно вибрано поперечний переріз ливників, неправильно розміщений впускний канал, погана система вентиляції	Збільшення дози упорскування, підвищення температури розтопу, температури форми, швидкості упорскування, тиску лиття; коригування конструкції форми
Смуги та продовгуваті бульбашки на поверхні деталі	Підвищений вміст вологи в матеріалі	Підсушити сировину
Впадини (утяжини)	Низький тиск лиття, висока температура розтопу й форми, малий час витримки під тиском, недостатня доза упорскування, малий поперечний переріз ливників	Збільшити тиск лиття, температуру розтопу і форми, а також час витримки під тиском і дозу упорскування; змінити конструкцію форми і ливників
Внутрішні ворожіший	Недостатній тиск лиття; малий час витримки під тиском; висока швидкість упорскування; висока в’язкість розтопу, погана система вентиляції; вологий матеріал; холодне сопло	Збільшити тиск лиття; збільшити час витримки під тиском; збільшити швидкість упорскування; підвищити температуру розгону; змінити конструкцію форми; підсушити матеріал; змінити температуру сопла
Сріблястість поверхні деталі	Підвищена температура розтопу і низька температура форми; підвищена вологість матеріалу; підвищена швидкість упорскування; мала площа перерізу впускних каналів; невдало вибраний час пластикації; недостатньо відполірована поверхня форми	Знизити температуру розтопу; підвищити температуру форми; підсушити матеріал; зменшити швидкість упорскування; змінити конструкцію ливників; зменшити час пластикації; відполірувати форму
Лінії стику на поверхні деталі	Низька температура розтопу й форми; низький тиск упорскування; велика усадка; низька текучість матеріалу; неправильно обрано режим вентиляції та охолодження	Підвищити температуру розтопу і форми; збільшити тиск упорскування; змінити партію матеріалу; змінити конструкцію форми
Жолоблення виробів	Неправильний температурний режим переробки; невдале розміщення впускного ливника	Збільшити час охолодження виробу; знизити температуру матеріалу і форми; використати термообробку виробів, змінити розташування впускного ливника
Матова поверхня виробу	Низька температура розтопу й форми; низький тиск упорскування; недостатня доза матеріалу; зношена поверхня форми; висока адгезія матеріалу до поверхні форми	Підвищити температуру розтопу і форми; збільшити тиск упорскування; збільшити дозу матуріалу; поновити хромове покриття форми; використати антиадгезійне мастило
Великий грат (переливка) на виробі	Підвищена температура розтопу; високий тиск упорскування; недостатнє зусилля запирання форми; надто велика доза матеріалу; висока текучість матеріалу	Зменшити температуру розтопу; знизити тиск при упорскуванні; збільшити зусилля запирання; зменшити дозу матеріалу; замінити матеріал

.2 Опис технологічної схеми виробництва

У проектованій технологічній схемі виробництва передбачається автоматичний режим роботи основного обладнання. Графічне зображення цієї схеми наведено на кресленні.

Технологічна схема виробництва ливарних виробів складається з наступних операцій:

отримання сировини;

зберігання сировини;

розтарювання сировини;

підготовка сировини;

формування виробів;

контроль і упаковка;

зберігання готової продукції;

переробки відходів.

Розглянемо зміст кожної стадії технологічної схеми більш докладно.

Отримання сировини.

Матеріал в гранульованому вигляді надходить на завод в автофургонах в контейнерах по 500 кг або поліетиленових мішках по 25 - 30 кг. Вивантаження із вагона проводиться за допомогою електронавантажувача (автокрана). Сировина з контейнерів розтарюється і подається пневмотранспортом в складські ємності. Сировина в мішках укладається партіями на піддони і міжцеховим транспортом перевозиться на заводський склад. При прийомі сировини в будь-якій упаковці обов'язковою умовою є облік сировини, що прибула для чого передбачаються залізничні та автомобільні ваги.

Зберігання сировини

Склад сировини проектується з розрахунку десяти добового запасу сировини.

Основна маса сировини зберігається в ємностях окремо розташованого складу та за допомогою пневмотранспорту подається в ємності, розташовані всередині цеху.

З цехових ємностей сировина подається до литтєвих машин за допомогою пневмотранспорту, який включається автоматично за викликом від литтєвої машини при зниженні рівня сировини в бункері машини.

Частина сировини, що надходить в мішках, зберігається партіями, стелажним способом, на піддонах.

Розтарювання сировини

Гранульована сировина в контейнерах об'ємом 1,5 м³ автонавантажувачем подається до зовнішньої стіни цеху, де знаходиться приймальний пристрій системи пневмотранспорту, що забезпечує подачу гранульованої сировини в прийомній бункера об'ємом 10 м³ кожен. Прийнята система вакуумного пневмотранспорту із застосуванням газодувок (одна робоча, інша запасна). Під кожним бункером встановлений шлюзовий живильник, який зберігає вакуум в бункері і є дозатором гранульованої сировини. Транспортує середовище - повітря. На бункерах для контролю заповнення встановлені датчики верхнього і нижнього рівня сировини. Управління системами пневмотранспорту проводиться дистанційно з пульта.

Водій автонавантажувача після установки контейнера під прийомним пристроєм і його приєднанням повідомляє оператору завантаження сировини про готовність до роботи. Оператор встановлює перемикачі пневмотранспорту на відповідний приймальний бункер і дистанційно відключає відсічний клапан по лінії відсмоктування. Після цього з пульта управління включаються газодувки.

Гранульована сировина з контейнера, який знаходиться в підвішеному стані, самопливом подається в приймальний пристрій пневмотранспорту і по трубопроводу подається в бункер, де відбувається відділення гранул від повітря, гранули накопичуються в бункері, а запилене повітря відсмоктується газодувками, пройшовши попередньо через фільтр очищення, і викидається в атмосферу. Після закінчення транспортування система пневмотранспорту продувається і газодувки відключаються. З приймального бункера сировина пневмотранспортом подається в бункери ливарних машин.

Сировина, що надходить в мішках, із заводського складу привозиться в цехову, де розтарюється в технологічні контейнери для транспортування і підготовки сировини.

Сировина, що надходить на підприємство в будь-якій упаковці, супроводжується відповідним документом (паспортом), в якому вказуються його основні характеристики та відповідність вимогам державних стандартів або технічних умов.

Для визначення параметрів сировини, а також відповідності характеристик значенням, зазначеним у супровідному документі, проводиться так званий вхідний контроль. При цьому визначається однорідність матеріалу в партії і показник плинності розплаву.

Визначення основних технологічних і фізико-механічних показників сировини при необхідності проводиться в центральній заводській лабораторії, що має відділення технологічних, фізико-механічних і хіміко-аналітичних випробувань.

Підготовка сировини

Підготовка сировини виконується в залежності від її властивостей і вимог до якості готової продукції. Як правило, для одержання продукції високої якості і точності необхідно сировину піддавати сушці і гомогенізації. У зв'язку з цим у відділенні підготовки будуть виконуватися операції сушки сировини і змішування його з концентратами барвників і добавками.

Змішування буде здійснюватися в спеціальних пристроях для змішування, що знаходяться над бункерами ливарних машин.

Вологість сировини є одним з важливих параметрів, що впливають на якість ливарних виробів. При підвищеній вологості вироби мають поганий зовнішній вигляд (сріблястість, пухирі), а також погіршення механічних властивостей.

У зв'язку з цим, термопласти перед переробкою рекомендується сушити гарячим повітрям з температурою 60 - 80 ⁰С. Для цього у литтєві машини встановлюють додатковий бункер з вентилятором, електричним нагрівачем, розподільником повітря і системи контролю та управління.

Формування виробу

Для формування виробів методом лиття під тиском застосовуються шнекові ливарні машини. Конструкція ливарних машин та їх технічне оснащення забезпечують переробку практично всіх термопластичних матеріалів.

Технологічний цикл в литтєвій машині при виготовленні виробів забезпечується за рахунок злагодженої роботи трьох вузлів: вузла змикання та замикання форм, вузла пластикації і впорскування, механізму підведення і відведення вузла пластикації і впорскування.

Принцип, за яким працює машина

Термопластичний матеріал, що підлягає переробці, розігрівається, пластикується в матеріальному циліндрі та у виді гомогенної маси впорскується в прес-форму. Після остудження готові вироби виймаються з прес-форми та цикл повторюється. На машині передбачені слідуючі режими роботи: "Автомат", "Напівавтомат", "Робота з арматурою", "Ручна наладка", "Наладка".

В режимі "Автомат" автоматично здійснюються слідуючі один за одним цикли роботи машини. Один повний цикл роботи складається з ряду послідовних операцій:

. набір дози;

. змикання напівформ;

. підвід механізму впорскування до прес-форми;

. впорскування розплаву в прес-форму;

. витримка під тиском;

. охолоджування виробу;

. відвід механізму впорскування;

. розмикання напівформ та виймання готового виробу;

. пауза між циклами.

В режимі "Напівавтомат" автоматичні здійснюється один повний цикл роботи машини.

В режимі "Робота з арматурою" автоматично здійснюється один повний цикл роботи машини з поверненням ("підскоком") рухомої, плити після її переміщення в крайнє ліве положення на величину, необхідну для повного утоплювання виштовхувачів прес-форми.

В режимі "Ручна робота" при натисканні на відповідну кнопку здійснюються операції циклу, що зазначені на пульті управління.

В режимі "Наладка" на знижених швидкостях здійснюються елементи цикла, доки оператором утримується в натиснутому стані відповідна кнопка.

В машині передбачена можливість лиття деталей з інтрузією з метою отримання відливок з об'ємом більше номінального на 20-30 %.

Механізм зтискання.

Механізм зтискання машини виконаний у вигляді одностадійного гідромеханічного шестиланкового шарнірно-важільного механізму з горизонтальним розміщенням важелів.

Механізм зтискання складається з передньої і задньої нерухомих плит і чотирьох колон, які створюють тверду просторову раму. На цій рамі контролюються всі деталі вузла змикання прес-форм.

Робота механізму здійснюється слідкуючим чином. Зтискання і розкриття прес-форми здійснюється шестиланковим шарнірно-важільним механізмом, який складається із передньої плити, проміжної плити, двох паралельних гілок важелів, гідроциліндра механізму зтискання. Зтискання прес-форми здійснюється при подачі масла в площину А гідроциліндра. При цьому жорстка система: поршень, шток, траверса, проміжна плита переміщуються вправо и важелі займають положення, що вказано в нижній половині.

Зусилля зтискання здійснюється за рахунок пружних деформацій, що з'являються в колонах важелях, платах механізму.

При розкритті форми поршнева площина А гідроциліндра з'єднується зі зливом, а в штокову площину В подається робоча речовина. Важелі приймають положення, яке вказано на верхній половині. Виштовхування виробу проводиться виштовхувачем за рахунок різниць швидкостей руху рухомої та проміжної плит.

Регулювання міжштампової відстані проводиться переміщенням гвинта в задній плит. Для цього необхідно встановити ключ-трищітку на вал і обертати його до переміщення передньої плити в необхідне положення.

Матеріальний циліндр

Матеріальний циліндр призначений для переробки гранульованого матеріалу в рідинно-текучу гомогенізовано масу та заповнення цією масою прес-форми. Матеріальний циліндр - це гільза, в якій розміщений шнек. До лівого торця циліндра за допомогою фланця 5 прикріплюється сопло з мундштуком. Хвостовик шнека з'єднаний з полумуфтою і механізму впорскування. Зазор між наконечником та соплом забезпечується підшліфовкою компенсатора. Встановлюється матеріальний циліндр в корпусі механізму впорскування за допомогою напівкілець та гайки.

Ззовні циліндра ршмішується обігрів, що складається з трьох зон обігріву гільзи та зони обігріву мундштука з самостійним регулюванням температури кожної зони та контролем цієї температури за допомогою термопар.

Матеріальний циліндр працює за слідуючим принципом. Із бункера в отвір А під впливом особистої ваги потрапляє гранульований матеріал. Обертаючись, шнек захоплює матеріал та переміщує його по циліндру.

Під впливом внутрішнього тертя та теплової енергії, що підводиться, матеріал розплавляється, гомогенізуєтеся та накопичується в передній площині В циліндра пластикації, переміщуючи шнек вправо до повного набору дози. При впорскуванні шнек переміщується вліво та стискає матеріал. При підвищенні тиску матеріалу голчастий клапан, під пружинений через важіль, відсувається та відкриває отвір в мундштуку. Матеріал впорскується в прес-форму. Для зменшення зворотніх потоків матеріалу під час впорскування між головкою наконечника та шнеком розташований зворотній клапан. Зона завантаження матеріалу охолоджується водою.

Для переробки матеріалів підвищеної густини машина комплектується відкритим соплом. При переміщенні відкритого сопла кронштейн механізму впорскування встановлюється в положення II.

Механізм впорскування

Механізм впорскування призначений:

. Для забезпечення подачі виготовленого матеріалу в прес-форму під зазначеним тиском;

. Для здійснення обертання шнека в період набирання дози;

. Для вимушеного відводу шнека.

Механізм впорскування складається з корпуса, який встановлюється на каретці. Каретка має можливість переміщуватися на колонах в продольному напрямку, здійснюючи підведення та відведення механізму впорскування. Зусилля підведення та відведення створюється гідроциліндрами прижиму, які прикріплюються до передньої плити за допомогою фланців гвинтами. Штоки циліндрів прижиму з'єднані тягами із корпусом через втулки. В залежності від виду сопла втулки, що використовується, можуть встановлюватися в двох положеннях.

Встановлення втулки при роботі матеріального циліндра із закритим соплом вказано на кресленні положенням І, з відкритим соплом - положенням С. Таке встановлення втулок дозволяє компенсувати різницю в довжині матеріального циліндра при різних соплах.

На корпусі 1 закріплені штоки гідроциліндрів впорскування, які через колони з'єднані з плитою. Колони проходять через втулки корпуса, що є направляючими, та можуть переміщуватися разом з циліндрами впорскування та плитою відносно корпуса.

На плиті встановлений привід обертання шнека. Обертання від гідромотору через напівмуфти, що встановлені на підшипниках, передається на шнек 18 матеріального циліндра.

Впорскування проводиться слідуючим чином. Після підвода та прижиму сопла матеріального циліндра до ливникової втулки, робоча речовина подається в площину В гідроциліндрів впорскування.

Жорстка система (циліндри, колони, плита, шнек) переміщується в крайнє ліве положення, створюючи необхідний тиск лиття в матеріальному циліндрі.

Для монтажу, демонтажу та очищення матеріального циліндра, механізм впорскування необхідно розвернути в горизонтальній площині навколо вісі

Процес лиття під тиском характеризується технологічними параметрами: тиск лиття, температура матеріального циліндра, час (тривалість) циклу, температура форми і т.п.

За виготовленням вироба слідує наступна стадія - механічна обробка виробів. Механічна обробка виробів в більшості випадків полягає в відділенні виробі від ливників. Після того, як виріб за допомогою виштовхувачів витягується з прес-форми відрізаються ливники. Ця операція здійснюється безпосередньо на робочому місці вручну, за допомогою ножа.

Контроль і упаковка

Деталі, виготовлені методом лиття під тиском повинні відповідати вимогам стандартів ДСТУ, технічним умовам на дану продукцію. За зовнішнім виглядом вироби повинні відповідати зразкам (еталонам).

Контроль якості здійснюється контролером безпосередньо на місці виготовлення деталей, або на столі контролера.

Упаковка виробів може здійснюватися централізовано (на столі упаковки) і децентралізовано - безпосередньо у ливарних машинах.

Зберігання готової продукції та маркування

Готова продукція в упакованому вигляді тимчасово зберігається на цеховому складі. Далі на тару з готовою продукцією наклеюється ярлик із зазначенням виду продукції, кількості виробів, дати упаковки і т.і.

Переробка відходів

Переробка відходів здійснюється на роторному подрібнювачі ІПР-150М, технічні характеристики якого наведені в таблиці 2.3.

Таблица 2.3 - Технічні характеристики подрібнювача ІПР-150М

Параметри	Показники
Продуктивність, кг/год	70-150
Діаметр ротора, мм	150
Частота обертання ротора, об/хв	1300
Напруга, В	380
Габарити, мм	740×600×1380
Маса, кг	252

Подрібнена вторинна сировина переробляється в гранули із застосуванням лінії для гранулювання пластмас на базі дискового екструдера. Агрегат для гранулювання пластмас включає в себе:

дисковий екструдер ЕД;

ванну охолодження;

приймально-гранулюючий пристрій;

шафа управління.

3. Спеціальна частина

.1 Матеріальні розрахунки

Цех з переробки термопластичних матеріалів методами лиття під тиском, що проектується, випускає продукцію народного споживання і товари технічного призначення. Виробнича програма цеху лиття під тиском 670 т/рік.

Метою розділу є визначення потреби у вихідній сировині для забезпечення річної програми цеху, що проектується.

.1.1 Розрахунок сировини за точною програмою

Таблиця 3.1 - Асортимент виробів за точною програмою

Найменування виробу	Сировина	Група складності	Маса виробу g0, г	Випуск, тис шт./рік		Випуск, т/рік
				базовий	проектний	базовий	проектний
1. Зонт	ПЕВТ	1	2,5	520	624	1,3	1,56
2. Кільце уплотнювача	ПВХ-пластикат	1	61	360	432	21,96	26,35
3. Кронштейн	ПП	1	4,1	760	912	3,12	3,74
4.Кільце заготовка	ПА-6	2	60,5	400	480	24,2	29,04
5. Кожух механізму змотки	АБС 2020	2	79	450	540	35,55	42,66
Всього						86,13	103,35

Розраховуємо індивідуальну норму витрати сировини на одиницю продукції:

,    (3.1)

де  - маса виробу, г;

 - коефіцієнти втрат матеріалу при технологічному процесі;

,    (3.2)

де  - нормативний коефіцієнт технологічних втрат при сушінні матеріалу;

 - нормативний коефіцієнт технологічних втрат при переробці матеріалу;

 - нормативний коефіцієнт технологічних втрат при переробці відходів;

 - нормативний коефіцієнт невикористованих технологічних відходів.

Розраховуємо витратний коефіцієнт:

  (3.3)

Розраховуємо потребу сировини на весь випуск виробу:

, (3.4)

де П - випуск виробу точної програми, т/рік.

Таблиця 3.2 - Коефіцієнти втрат

Найменування виробу	Технологічні втрати			Невикор. Відходи К4	сума К
	К1	К2	К3
1. Зонт	-	0,0021	0,0076	0,024	0,0337
2. Кільце уплотнювача	0,0021	0,0096	0,0018	0,036	0,0495
3. Кронштейн	-	0,0021	0,0076	0,024	0,0337
4. Кільце заготовка	0,0076	0,0033	0,0018	0,028	0,0407
5. Кожух механізму змотки	0,0043	0,0027	0,0018	0,026	0,0348

Зонт:

г

 т/рік

Кільце уплотнювача :

г

 т/рік

Кронштейн:

г

 т/рік

Кільце заготовка:

г

 т/рік

Таблиця 3.3 - Індивідуальна норма витрати сировини на одиницю продукції.

Найменування виробу	Сировина	Маса виробу g0, г	Hpo - витрата сировини	П - випуск, т/рік	Kp - витратний коефіцієнт	Hp - потреба сировини
1.Зонт	ПЕВТ	2,5	2,584	1,56	1,0336	1,61
2. Кільце уплотнювача	ПВХ-пластикат	61	64,0195	26,35	1,0495	27,65
3. Кронштейн	ПП	4,1	4,238	3,74	1,033	3,86
4. Кільце заготовка	ПА-6	60,5	62,962	29,04	1,0406	30,22
5. Кожух механізму змотки	АБС 2020	79	81,7492	42,66	1,0348	44,14
Сума (т/рік)						107,48

Кожух механізму змотки:

г

 т/рік

.1.2 Розрахунок сировини за умовною програмою

Випуск за умовною програмою складає: 670 - 103,35 = 566,65

Розподіляємо загальний проектний випуск між всіма матеріалами, які проектується перероблювати. Для розрахунку за умовною програмою від загального проектного випуску віднімаємо величину випуску деталей точної програми і розбиваємо одержану потужність між всіма видами сировини.

Таблиця 3.4 - Випуск матеріалу за умовною програмою

Матеріал	Випуск за умовною програмою, т/рік
Поліетилен	218,44
ПВХ-пластикат	63,65
Поліпропілен	56,26
Поліамід	80,96
АБС	147,34
Сума	566,65

Отриману потужність розбиваємо за масовими групами та визначаємо втратні коефіцієнти за складністю виробів для кожного виду сировини.

Таблиця 3.5 - Вихідні дані для розрахунку сировини за умовною програмою.

Матеріал		Масова група		Випуск т/рік	Витратний коеф. за групами складності													Кр'
					1	2		3		4		5				6
ПЕ		1- 5		3	1,034	1,035		1,036		1,037		1,038				1,041		1,037
		5 - 10		6	1,029	1,030		1,031		1,032		1,033				1,034		1,031
		10 - 30		25	1,026	1,027		1,028		1,029		1,030				1,030		1,028
		30 - 50		34	1,024	1,025		1,026		1,027		1,028				1,029		1,026
		50 - 100		50,44	1,022	1,023		1,024		1,025		1,026				1,027		1,024
		100 - 1000		100	1,020	1,021		1,022		1,023		1,024				1,025		1,022
Сума				218,44
ПВХ-пластикат		1 - 5		1,65	1,079	1,080		1,081		1,083		1,084				1,085		1,082
		5 - 10		6	1,069	1,070		1,071		1,072		1,073				1,075		1,072
		10 - 30		6	1,061	1,062		1,063		1,065		1,066				1,067		1,064
		30 - 50		15	1,056	1,057		1,058		1,059		1,060				1,061		1,058
		50 - 100		35	1,050	1,051		1,052		1,053		1,054				1,055		1,052
				63,65
Сума
ПП		1 - 5		2,26	1,063	1,065		1,066		1,067		1,068				1,07
		5 - 10		5	1,053	1,055		1,056		1,057		1,058				1,059		1,0563
		10 - 30		6	1,047	1,048		1,05		1,051		1,052				1,053		1,05
		30 - 50		13	1,044	1,045		1,046		1,047		1,048				1,049		1,0465
		50 - 100		30	1,04	1,041		1,042		1,043		1,044				1,045		1,0425
Сума				56,26
ПА			1 - 5	3,96	1,063	1,065		1,066	1,067				1,068		1,070				1,066
			5 - 10	6	1,053	1,055		1,056	1,057				1,058		1,055				1,056
			10 - 30	11	1,047	1,048		1,050	1,051				1,052		1,053				1,050
			30 - 50	25	1,044	1,045	1,046				1,047			1,048			1,049			1,046
			50 - 100	35	1,040	1,041	1,042				1,043			1,044			1,045			1,042
Сума				80,96
АБС	1 - 5			3,34	1,051	1,053		1,054		1,055		1,056				1,057		1,054
	5 - 10			8	1,044	1,045		1,046		1,048		1,049				1,05		1,047
	10 - 30			20	1,041	1,042		1,043		1,044		1,045				1,046		1,043
	30 - 50			26	1,038	1,039		1,04		1,041		1,042				1,043		1,040
	50 - 10			35	1,034	1,035		1,036		1,037		1,038				1,039		1,036
	100 - 1000			55	1,030	1,031		1,032		1,033		1,034				1,035		1,032

Розраховуємо витратний коефіцієнт  з урахуванням усіх масових груп та складності виробів:

,    (3.5)

де  - витратні коефіцієнти сировини для виробів першої,

другої та n-ної груп складності; - кількість груп складності виробів, 6.

Визначаємо потребу сировини за формулою:

, (3.6)

де П - випуск виробів певної масової групи, т/рік.

Таблиця 3.6 - Розрахунок потреби сировини за умовною програмою

Матеріал		Масові групи	Випуск т/рік	Кр'	H - потреба сировини, т/рік
ПЕ		1 - 5	3	1,037	3,11
		5 - 10	6	1,031	6,19
		10 - 30	25	1,028	25,7
		30 - 50	34	1,026	34,88
		50 - 100	50,44	1,024	51,65
		100 - 1000	100	1,022	102,25
Всього			218,44		223,78
ПВХ-пластикат		1 - 5	1,65	1,082	1,78
		5 - 10	6	1,072	6,43
		10 - 30	6	1,064	6,38
		30 - 50	15	1,058	15,87
		50 - 100	35	1,052	36,82
Всього			63,65		67,28
ПП		1 - 5	2,26	1,037	2,34
		5 - 10	5	1,031	5,15
		10 - 30	6	1,028	6,17
		30 - 50	13	1,026	13,34
		50 - 100	30	1,024	30,72
Всього			56,26		57,72
ПА	1-5		3,96	1,066	4,22
	5-10		6	1,056	6,34
	10-30		11	1,050	11,55
	30-50		25	1,046	26,15
	50-100		35	1,042	36,47
Всього			80,96		84,73
АБС	1 - 5		3,34	1,054	3,52
	5 - 10		8	1,047	8,38
	10 - 30		20	1,043	20,86
	30 - 50		26	1,040	27,04
	50 - 100		35	1,036	36,26
	100 - 1000		55	1,032	56,76
Всього			147,34		152,83

Таблиця 3.7 - Потреба сировини за кожним видом матеріалу

Матеріал	Потреба сировини, т
	Річна	місячна	Тижнева
ПЕ	225,39	18,78	4,33
ПВХ-пластикат	94,93	7,91	1,82
ПП	61,58	5,13	1,18
ПА	114,95	9,58	2,21
АБС	196,96	16,41	3,79
Всього	693,81	57,81	13,33

.2 Технологічні розрахунки

Технологічні розрахунки проводимо з метою визначення моделей і кількості основного і допоміжного устаткування цеху для виконання заданої виробничої програми.

Розрахунок кількості устаткування для точної програми

 , (3.7)

де K - кількість литтєвих машин;

П - проектний випуск точної програми для кожного виробу, т/рік;

 - ефективний фонд часу роботи обладнання, год.;

 - фактична продуктивність одиниці устаткування по кожному виробу, кг/год.

Устаткування цеху працює з двома загальними вихідними днями.

Тривалість зміни 8 годин. За добу обслуговуючий персонал працює в 3 зміни.

Т_еф = Т_реж - П_рем - П_техн, (3.8)

де Т_реж - режимний фонд роботи устаткування, год.;

П_рем - простій устаткування в ремонті, год.;

П_техн - технологічно неминучий простий, год.

Т_реж = (П_кал - П_вих - П_св) · , (3.9)

де П_кал - календарний фонд часу (365 днів);

П_вих - кількість вихідних у році (104 дня);

П_св - кількість святкових днів (10 днів);

 - кількість годин роботи обладнання за добу,(23 год).

Т_реж = (365 - 104 - 10) · 23 = 5773 годин

П_рем = 4,4% від Т_реж = 5773 · 4,4/ 100 = 254 годин

П_техн = 2,9% від Т_реж = 5773 · 1,4/ 100 = 81 годин

У такий спосіб:

Т_еф = 5773 - 254 - 81 = 5438 годин

Фактичну продуктивність одиниці устаткування по кожному виробу визначаємо за формулою:

де  - маса виробу, кг;

 - гніздність форми;

 - час циклу формування виробу, с.

3.2.1 Розрахунок часу циклу лиття

, (3.11)

де  - машинний час, с;

 - технологічний час, с (час охолодження виробу до заданої температури).

, (3.12)

де  - час змикання, розмикання форми та впорскування матеріалу, с.

, (3.13)

де  - час витримки під тиском, без тиску і час охолодження виробу у формі, с.

Приймаємо  = .

 можна розрахувати за формулою:

, (3.14)

де  - коефіцієнт температуропровідності полімеру, м²/с;

 - товщина виробу, м;

 - температура у середині стінки виробу, при якій розмикається форма, ºС (приймаємо на 10 ºС вище);

 - середня за цикл температура формуючих поверхонь форми, ºС [ ];

 - початкова температура виробу, яка дорівнює температурі розплаву, що впорскується у форму, ºС

Зонт:

с

Кільце уплотнювача:

с

Кронштейн:

с

Кільце заготовка:

с

Кожух механізму змотки:

с

Таблиця 3.8 - Час охолодження виробів у формі

Найменування виробу	Сировина	α, м2/с	δ, м	, ºС, ºС, оСΤохол, с
1. Зонт	ПЕВТ	0,000000138	0,0015	40	30	190	4,95
2. Кільце уплотнювача	ПВХ-пластикат	0,00000008	0,0015	40	30	150	7,74
3. Кронштейн	ПП	0,000000086	0,003	40	30	220	33,69
4. Кільце заготовка	ПА	0,000000108	0,003	70	60	250	26,83
5. Кожух механізму змотки	АБС	0,00000013	0,0015	70	60	220	5,25

Таблиця 3.9 - Тривалість циклу лиття

Найменування виробу	марка машини	τзм+τрозм, с	, с, с, с
1. Зонт	ДК3327.Ф1	1,2	1	4,95	7,15
2. Кільце уплотнювача	ДК3327.Ф1	1,2	1	7,74	9,94
3. Кронштейн	ДК3327.Ф1	1,2	1	33,69	35,89
4. Кільце заготовка	ДК3327.Ф1	1,2	1	26,83	29,03
5. Кожух механізму змотки	ДК3330.Ф1	1,7	1,5	5,25	8,45

.2.2 Розрахунок гніздності литтєвих форм

Розрахунок гніздності литтєвих форм ведемо за 3-ма параметрами литтєвої машини:

) об'єм вприску (паспортна величина);

) зусилля змикання плит литтєвої машини;

) пластикаційна продуктивність литтєвої машини.

Розраховуємо гніздність за об'ємом впорскування:

 ,  (3.15)

де  - об'єм вприску литтєвої машини, см³ [ ];

 - коефіцієнт використання машин (для аморфних полімерів = 0,7 - 0,8, для кристалічних = 0,6 - 0,7);

 - коефіцієнт, який враховує об'єм ливникової системи у розрахунку на об'єм одного виробу;

 - об'єм виробу (відливки), см³;

,  (3.16)

де  - маса виробу, г;

 - густина матеріалу, г/см³.

Таблиця 3.10 - Гніздність за об'ємом впорскування

Найменування виробу	Сировина	g0, г	, г/см3, см3марка машини, см3
1. Зонт	ПЕВТ	2,5	0,919	2,72	0,7	1,2	ДК3327.Ф1	105	22,52
2. Кільце уплотнювача	ПВХ-пластикат	61	1,28	47,66	0,7	1,03	ДК3327.Ф1	105	1,5
3. Кронштейн	ПП	4,1	0,900	4,55	0,7	1,2	ДК3327.Ф1	105	13,46
4. Кільце заготовка	ПА	60,5	1,40	42,86	0,7	1,03	ДК3327.Ф1	105	1,66
5. Кожух механізму змотки	АБС	79	1,05	75,24	0,7	1,02	ДК3330.Ф1	178	1,62

Розраховуємо гніздність, що зумовлена зусиллям змикання плит литтєвої машин:

,  (3.17)

де  - максимальне зусилля змикання плит литтєвої машини, кН [ ];

q - тиск пластмаси в оформлюючому гнізді форми, МПа, q = 32 МПа;

 - площа проекції виробу до площини розніму форми, см²;

 - коефіцієнт, який враховує площу ливникової системи у плані креслення, = 1,1;

 - коефіцієнт, який враховує використання максимального зусилля змикання плит литтєвої машини на 80-90 %, = 1,11…1,25.

Таблиця 3.11 - Гніздність, що зумовлена зусиллям змикання плит литтєвої машин

Найменування виробу	Сировина	g0, г	, см2, МПаМарка машини, кН
1. Зонт	ПЕВТ	2,5	8,76	32	ДК3327.Ф1	550	1,1	1,2	15,21
2. Кільце уплотнювача	ПВХ-пластикат	61	89,66	32	ДК3327.Ф1	550	1,1	1,2	1,45
3. Кронштейн	ПП	4,1	0,78	32	ДК3327.Ф1	550	1,1	1,2	166,93
4. Кільце заготовка	ПА	60,5	6,47	32	ДК3327.Ф1	550	1,1	1,2	20,12
5. Кожух механізму змотки	АБС	79	23,86	32	ДК3330.Ф1	1150	1,1	1,2	11,41

Розрахунок гніздності, що зумовлена пластикаційною продуктивністю литтєвої машини.

,   (3.18)

де  - пластикаційна продуктивність литтєвої машини по ПС, кг/год;

 - час охолодження виробу, с, (табл. 3.8);

 - коефіцієнт, який враховує об'єм ливникової системи у розрахунку на об'єм одного виробу;

 - маса виробу, г;

 - коефіцієнт, який враховує відношення пластикаційної продуктивності за даним матеріалом до значення його по ПС, [ ];        

Таблиця 3.12 - Гніздність, що зумовлена пластикаційною продуктивністю литтєвої машини

Найменування виробу	Сировина	, гмарка машини, кг/год, с
1. Зонт	ПЕВТ	2,5	ДК3327.Ф1	60	0,88	1,2	4,95	24,2
2. Кільце уплотнювача	ПВХ-пластикат	61	ДК3327.Ф1	60	0,65	1,03	7,74	1,33
3. Кронштейн	ПП	4,1	ДК3327.Ф1	60	0,8	1,2	33,69	91,3
4. Кільце заготовка	ПА	60,5	ДК3327.Ф1	60	0,625	1,03	26,83	4,48
5. Кожух механізму змотки	АБС	79	ДК3330.Ф1	80	1	1,02	5,25	1,45

Із 3-х отриманих значень гніздності обираємо найменше для кожного виробу.

Таблиця 3.13 - Гніздність литтєвих форм

Найменування виробу	марка машини	Гніздність
1. Зонт	ДК3327.Ф1	10
2. Кільце уплотнювача	ДК3327.Ф1	1
3. Кронштейн	ДК3327.Ф1	10
4. Кільце заготовка	ДК3327.Ф1	1
5. Кожух механізму змотки	ДК3330.Ф1	1

Розраховуємо кількість устаткування.

Розрахуємо фактичну продуктивність одиниці устаткування по кожному виробу.

Зонт:

 кг/год

Кільце уплотнювача:

 кг/год

Кронштейн:

 кг/год

Кільце заготовка:

 кг/год

Кожух механізму змотки:

 кг/год

Таблиця 3.14 - Кількість устаткування для точної програми

Найменування виробу	марка машини	П, т/рік	Теф, год.	Qфакт, кг/год.	К, шт
1. Зонт	ДК3327.Ф1	1,56	5438	12,6	0,02
2. Кільце уплотнювача	ДК3327.Ф1	26,35	22,1	0,21
3. Кронштейн	ДК3327.Ф1	3,74	5438	4,11	0,17
4. Кільце заготовка	ДК3327.Ф1	29,04	5438	7,5	0,71
5. Кожух механізму змотки	ДК3330.Ф1	42,66	5438	33,66	0,23

.2.3 Розрахунок кількості устаткування для умовної програми

,  (3.19)

де П - умовна програма виробництва, т/рік;- кількість типів устаткування, 6;

а_і - частка устаткування певної марки;_і - продуктивність і-го устаткування (кг/год.).

,  (3.20)

де γ - частка даного матеріалу в умовній програмі;

к - коефіцієнт для перерахунку продуктивності устаткування для даного матеріалу [ ];

 кг/рік

Таблиця 3.15 - Умовна програма виробництва

Матеріал	К	γ	П, кг/рік
ПЕ	0,8	0,38	124
ПВХ-пластикат	0,95	0,11
ПП	0,8	0,1
ПА	0,60	0,14
АБС	1	0,26

Таблиця 3.16 - Кількість устаткування на всю виробничу програму

Марка машини	Доля машин, аі	Продуктивність литтєвих машин, gi	Кількість машин для умовної програми	Кількість машин на умовну програму	Прийнята кількість машин на всю програму
ДК3327.Ф1	0,25	5,7	14,2	4,66	5
ДК3330.Ф1	0,3	7,4		4,46	5
ДЕ3132-250Ц1	0,35	10,1		4,97	5
Д3136-1000	0,1	15,5		1,42	2
Сума	1				17

.3 Характеристика основного технологічного обладнання

Таблиця 3.17 - Характеристика основного технологічного обладнання

Технічні харакреристики	Марка ТПА
	ДК3327.Ф1	ДК3330.Ф1	ДЕ3132-250Ц1	Д3136-1000
Діаметр шнека, мм	36	40	50	90
Тиск лиття,МПа	140	178	150	140
Питомий тиск лиття, МПа	60-100	60-160	60-180	60-180
Робочий об’єм, см3	105	178	300	1250
Пластикаційна продуктивність по ПС, кг/год, не менше	60	80	125	200
Мінімальний час запирання та розкриття форми, с	1,2	1,7	2	7,5
Час упорскування, с	0,8-1	0,8-1,5	0,8-1,8	1,5-3,2
Зусилля запирання, кН	550	1150	1750	4000
Габарити, мм: довжина, ширина	3500×1010	4200×1100	4500×1250	7900×1650

.4 Вибір і розрахунок допоміжного технологічного устаткування

Розраховуємо кількість відходів проектованого цеху.

Кількість відходів, що утворюються при переробці пластмас методом лиття під тиском, становить 5 % від усієї виробничої програми для кожного виду матеріалу. Таким чином, маємо:

Таблиця 3.18 - Кількість відходів

Матеріал	Всього випуск, т/рік	Кількість відходів, т/рік
ПЕВТ	220	11
ПВХ-пластикат	90	4,5
ПП	60	3
ПА	110	5,5
АБС	190	9,5
Всього	670	33,5

Розраховуємо необхідну кількість обладнання для переробки відходів.

Розрахунок ведемо за формулою:

; (3.21)

де K - кількість обладнання для переробки відходів;

П - кількість відходів, що утворюються на дільниці, т/рік;

- ефективний фонд часу роботи обладнання, год.;

 - фактична продуктивність лінії для переробки відходів, кг/год.

Для дільниці з переробки відходів приймаємо однозмінний режим роботи.

Т_еф = 5438 / 5 = 1087,6 (год.)

Для проектованої дільниці обираємо лінію гранулювання пластмас ЛГТВ-90-200.

До складу лінії входять:

роторний подрібнювач (дробарка);

черв‘ячний прес з діаметром черв‘яка 90 мм;

голівка плоскощілинна;

охолоджуючий пристрій (ванна);

гранулятор;

система транспортування;

пульт управління.

Таким чином:

 одиниць

Приймаємо 1 лінію для переробки відходів.

.5 Контроль та керування хіміко-технологічними процесами

При переробці термопластів методом лиття під тиском литтєву форму термостатують (температура її не повинна перевищувати температури склування або температури кристалізації. Тиск лиття залежить від в'язкості розплаву матеріалу, конструкції литтєвої форми, розмірів системи літника і формованих виробів. Литво при надвисокому тиску (до 500 МПа) зменшує залишкову напругу в матеріалі, збільшує ступінь орієнтації полімерів, що кристалізуються, що сприяє зміцненню матеріалу і забезпечує точніше відтворення розмірів деталей.

Тиск в литій формі при заповненні розплавом полімеру підвищується поступово (в кінці витримки під тиском досягає 30-50 % від тиску литва) і розподіляється по довжині оформлюючої порожнини нерівномірно унаслідок високої в'язкості розплаву і швидкого її наростання при охолоджуванні або затвердінні. Лиття під тиском дозволяє виготовляти деталі масою від доль грама до декількох кілограмів. При виборі машини для формування виробу враховують об'єм розплаву, необхідний для його виготовлення, і зусилля зімкнення, потрібне для утримання форми в замкнутому стані в процесі заповнення розплавом оформлюючої порожнини.

Рисунок 3.1 Литтєва машина: 1 - матеріальний циліндр; 2 - нагрівальні елементи; 3 - черв’як (шнек); 4 - канали охолоджування; 5 - бункер для матеріалу; 6 - гідронасос; 7 - редуктор; 8 - гідроциліндр вузла уприскування; 9 - манометр; 10, 17 - нерухомі плити; 11 - направляючі колонки; 12 - литтєва форма; 13 - рухома плита; механізм 14 - колесно-важільний механізм; 15 - гідроциліндр вузла зімкнення; 16 - гайки; 18 - упір; 19 - сопло.

При виробництві виробів методом лиття під тиском в автоматичному режимі потрібно контролювати і регулювати по трьох зонах матеріального циліндра і мундштука температуру:

зона: +130-150 ± 2,5 °С

зона: +150-170 ± 2,5 °С

зона: +170-190 ± 2,5 °С

В охолоджувальній системі контроль тиску води Р = 0,25 - 0,5 МПа ± 0,1 МПа автоматики менш 2000 годин.

На рис. 3.1 приклад функціональної схеми автоматизації. Вимірювання температури виробляє термопара типу 1ТХК 711-11, регулятором температури Ш Н528 сприймається сигнал від температури. Струм навантаження кожної зони обігріву контролює амперметр Е 8021. Напруження розголошення, яке впливає на магнітний пускач через регулюючий пристрій, за допомогою яких виробляється ввімкнення і відхилення нагріваючого елемента вимикають при відхиленні температури від заданої величини. Манометром загального призначення НТП 100/1 ВІД, встановленого на місці на панелі манометрів, проводиться контроль тиску в гідросистемі циліндру впорскування. Дифманометром ЕКМ-24 визначається рівень мастила. Система охолодження призначена для охолодження зони завантаження і напів форм. Тиск охолоджуючої води 0,25-0,5 МПа, температура не більше 20 °С. Температура форми вимірюється за допомогою термометра. На передній панелі термопластавтомата є кнопка включення електродвигуна, за її допомогою - включення пристрою.

Виробництво виробів із пластмас у відношенні пожежної небезпеки по ПУЕ відноситься до класу П-2, а виробниче приміщення по СНіП-2-М-272 відносяться до категорії В. Температурного розплаву полімеру, тривалістю витримки під тиском, питомим тиском розплаву визначається кількість виробів, які одержуються методом лиття під тиском.

Тиск повинен бути достатнім для просування матеріалу по інжекційному циліндру, впорскування його в форму та заповнення всього об'єму форми. Недостатній тиск призводить до недооформлення поверхні виробу.

Зона 1 - температура 150 - 170 °С

Зона 2 - температура 160 - 180 °С

Зона 3 - температура 180 - 200 °С

Регулювання і підтримка температур по зонах здійснюється системою, яка складена з термоперетворювача, регулятора температур, амперметра.

На регуляторах температури задається температура нагріву. Струм навантаження кожної зони електрообігріву: 1 зона - 5,7 А; 2 зона - 5,7 А; 3 зона - 5,7 А; контролюють амперметри. Посеред кожної зони встановлені термоперетворювачі, які є чутливими елементами, складеними із двох термоелектродів, зварених між собою на робочому кінці в термопару і ізольованих по всій довжині за допомогою керамічної трубки. Терморегулятори зон обігріву і мундштука та амперметра знаходяться в електрошафі терморегулювання.

Через систему запобіжних клапанів електромагнітів створюється управління робочим циклом. Тривалість витримки під тиском 3-5 сек, питомий тиск розплаву 80-160 МПа.

Коротка характеристика об'єкту.

В бункер завантажується термопластичний матеріал, який підлягає переробці, потім потрапляє на шнек, який знаходиться в матеріальному циліндрі.

Під впливом зовнішнього обігріву і внутрішнього тертя, при обертанні шнека, гранульований матеріал нагрівається, пластикується та потрапляє в простір перед шнеком у вигляді гомогенної маси.      

Впорскування матеріалу під тиском в прес-форму, заперту механізмом запирання, здійснюється поступовим рухом шнеку після накопичення необхідного об'єму розплаву. Готові вироби після охолодження витягуються і цикл повторюсться. Якість виробів виготовлених методом лиття під тиском, залежить від режимів переробки і дотримання параметрів процесу в часі.

3.6 Охорона праці

.6.1 Характеристика негативних факторів проектованого об’єкта на ділянці переробки пластмас литтям під тиском мають місце фізичні та хімічні виробничі фактори

До хімічних небезпечних і шкідливих чинників при переробці сировини належать речовини приведені в таблицях 3.6.1.1, 3.6.1.2 відповідно до [1,2]:

)        Поліамід

) Поліпропілен

Таблиця 3.6.1.1 Гранично - допустимі концентрації зазначених шкідливих речовин у повітрі робочої зони

Назва	Характеристика
	Клас небезпеки	Гранично-допустима концентрація мг/м3
Капролактам(для ПА-6)	3	10
Гексаметилендіамін (для ПА-66)	1	0,1
Аміак	4	20
Окис вуглецю	4	20

Поліпропілен й сополімери поліпропілену при кімнатній температурі не виділяють в навколишнє середовище токсичних речовин і не роблять шкідливого впливу на організм людини при безпосередньому контакті. Робота з ними не вимагає особливих заходів обережності .

При нагріванні поліпропілену і сополімерів у процесі переробки вище 150^оС можливе виділення в повітря летких продуктів термоокислювальної деструкції , що містять органічні кислоти. Карбонільні з'єднання , в тому числі формальдегід , окис вуглецю.

При концентрації згаданих речовин в повітрі робочої зони вище гранично допустимої можливі гострі та хронічні отруєння .

Формальдегід - подразнюючий газ, що також має загальнотоксичну дію, справляє сильну дію на центральну нервову систему.

Пари ацетальдегіду викликають подразнення слизових оболонок верхніх дихальних шляхів, задуха, різкий кашель, бронхіт, запалення легенів.

Пари оцтової кислоти подразнюють шкіру і слизову оболонку верхніх дихальних шляхів.

Таблиця 3.6.1.2 Гранично - допустимі концентрації зазначених шкідливих речовин у повітрі робочої зони

Найменування речовини	Граничнодопустима концентрація, мг/м3	Клас небезпеки
Формальдегід	0,5	2
Ацетальдегід	5,0	3
Органічні кислоти (у перерахунку на оцтову кислоту)	5.0	3
Аерозоль поліетилену, поліпропілену і сополімерів пропілену	10,0	3

) Пластикат

Полівінілхлоридний пластикат при нормальній температурі шкідливих продуктів у концентраціях , небезпечних для організму людини , не виділяє і не є вибухонебезпечним продуктом. При тривалому впливі підвищених температур ( 170± 5 ^оС) можливе виділення хлористого водню.

Гранично - допустима концентрація хлористого водню у виробничих приміщеннях становить 5мг/м³, клас небезпеки -3 .

4) АБС

При кімнатній температурі сополімери АБС не становлять небезпеки для здоров'я при безпосередньому контакті з ними.

При переробці сополімерів АБС і нагріванні понад 200 ^оС відбувається часткова деструкція сополімера з виділенням в повітря парів стиролу, нітрилу акрилової кислоти, ціаністого водню та оксиду вуглецю. При цьому в незначних кількостях можуть виділятися пари альфа - метилстирола , толуолу , бензолу , етилбензолу .

При вмісті в повітрі робочої зони виробничих приміщенні в концентраціях , що перевищують гранично допустимі , що виділяються продукти можуть шкідливо діяти на людину.

Стирол, альфаметилстирола - володіють наркотичну дією, викликають подразнення слизової оболонки очей, носа, гортані; порушують функції центральної нервової системи і печінки; впливають на кровотворні органи , мають мутагенну дію, ГДК 5 мг/м³, клас небезпеки 3.

Толуол - надає наркотичну і дратівливу дію ; порушує функції нервової системи; впливає на кровотворні органи; викликають сухість, тріщини шкіри, рідше - дерматити, ГДК 50мг/м³, клас небезпеки 4.

Бензол - наркотик діє на центральну нервову систему, викликає пошкодження кровотворних органів і володіє дратівливою дією, вражає печінку, ГДК 5мг/м³, клас небезпеки 3.

Окис вуглецю - пригнічує дихальні ферменти крові і тканей, викликає задуху внаслідок витіснення кисню з оксигемоглобіну крові; вражають центральну периферичну нервову систему ГДК 20мг/м³, клас небезпеки 4.

Етилбензол - викликає подразнення слизових оболонок очей і верхніх дихальних шляхів ; порушує функції нервової системи і печінки, проникає через шкіру, ГДК 50 мг/м³, клас небезпеки 3.

Нітрил акрилова кислота, добре всмоктується через шкіру. Пригнічує активність дихальних ферментів, вражає нервову систему.

Гранично допустимий рівень забруднення шкіри рук НАК - 0,001 мг/см³ .

) Поліетилен високого тиску

Базові марки поліетилену і композиції на основі при кімнатній температурі не виділяють в навколишнє середовище токсичних речовин і не виявляють при безпосередньому контакті впливу на організм людини. Робота з ними не вимагає особливих заходів обережності .

При затарюванні і механічній обробці поліетилену можливо утворення дрібного пилу, а при нагріванні в процесі переробки вище 140^оС можливе виділення в повітря летких продуктів термоокислювальної деструкції , що містять органічні кислоти , карбонільні сполуки, в тому числі формальдегід і альдегід , окис вуглецю.

Гранично допустимі концентрації в повітрі робочої зони приведені в таблиці 3.6.1.1.

Розрахунок можливої (аварійної) концентрації в повітрі робочої зони. В таблиці 3.6.1.3 приведені вихідні дані :

Таблиця 3.6.1.3 Вихідні дані

Речовина					Розміри приміщення, м
назва; густина, кг/м3	формула	ГДК, мг/м3	СL50, мг/м3	об’єм, л	довжина	ширина	висота
окис вуглецю 1,25	СО	20	1800	240	12	6	3,6

Маса шкідливої речовини розраховується за формулою 3.6.1.1:

= V*ρ    (3.6.1.1)

де V-об’єм речовини, 0,24 м³

ρ-густина речовини, 1,25 кг/м³

m = 240*10^-3*1,25=0,3 (кг)

Об’єм приміщення розраховується за формулою 3.6.1.2:

_прим = a*b*h    (3.6.1.2)

де a-довжина приміщення,12 м;ширина приміщення,6 м;висота приміщення, 3,6м. _прим = 12*6*3,6=259,2 (м³)

Аварійна концентрація розраховується за формулою 3.6.1.3:

  (3.6.1.3)

де m-маса шкідливої речовини, 0,3 кг;_прим - об’єм приміщення, 259,2м³

(мг/м³)

Отримане значення концентрації значно перевищує ГДК окису вуглецю у приміщенні і не перевищує середньо-смертельну концентрацію. Умови праці в приміщенні є шкідливими, але не смертельними для людини.

До фізичних небезпечних і шкідливих чинників згідно [3] належать:

- машини і механізми, що рухаються, валки намотуючого пристрою, тягнучі валки на екструдері; вироби, що пересуваються, заготовки, матеріали при порушенні техніки безпеки можливі механічні травми.

підвищена температура поверхні обладнання (циліндра та головки екструдера). При дотику людини до гарячих поверхонь виникають опіки.

підвищена температура повітря робочої зони, яка виникає від роботи обладнання та готової продукції, що призводить до порушення терморегуляції організму.

підвищений рівень шуму у цеху. В результаті тривалої дії шуму на організм людини порушується нормальна діяльність серцево-судинної та нервової системи, знижується гострота слуху, тобто розвивається професійна туговухість, послаблюється увага, погіршується зір, зміни в рухомих центрах;

- небезпечний рівень напруги в електричній мережі (220 - 380В): електродвигун, рубильники, може призвести до смерті людини;    

підвищений рівень статичної електрики при виготовленні рукавної плівки. Заряди статичної електрики можуть накопичуватись на людях та обладнанні. Під дією таких зарядів можливі рефлекторні рухи людини, що призводить до попадання в небезпечну зону. - промисловий внутрішньо заводський транспорт (використовують електронавантажувачі вилкові та автонавантажувач з гідрозахватами, які використовуються для складання та переміщеня в середині цеху та складських приміщень,сировини та готової продукції).

.6.2 Оцінка пожежовибухонебезпеки проектованого об'єкта

В таблиці 3.6.2.4 приведені показники пожежонебезпечності горючих речовин

Причинами запалення, вибухів та пожеж можуть стати:

недотримання вимог інструкції по техніці безпеки, пожежної безпеки і промислової санітарії;

несправність обладнання у зв’язку з несвоєчасним ремонтом;

погана герметизація обладнання;

коротке замикання в електричній мережі;

ведення вогневих робіт.

Таблиця 3.6.2.4 Основні показники пожежонебезпечності горючих речовин

Речовина	Температура, °С
	самозаймання	займання
ПА- 6	440	395
ПА- 66	435	355
Пластикат	350 - 400	280 - 320
АБС	395-450
Поліетилен високого тиску	400	300

Розрахунок верхньої та нижньої межі вибуховості. В таблиці 3.6.2.5 приведені вихідні дані :

Таблиця 3.6.2.5 Вихідні дані для обчислення

Речовина	% в суміші	Концентраційна межа вибуху, % об.
		нижня	верхня
Аміак	NH3, 35	15,0	28,0
Сірководень	H2S, 35	4,3	46,0
Сірковуглець	CS2, 12	1,0	50,0	С3Н6О, 10	2,2	13,0
Етиловий спирт	С2Н6О, 8	3,6	19,0

Нижня межа вибуховості розраховується за формулою 3.6.2.4:

   (3.6.2.4)

Верхня межа вибуховості розраховується за формулою 3.6.2.5:

   (3.6.2.5)

де С1, С2,…Сn- концентрація n-го горючого компонента у суміші, %;

НКМ1, НКМ2,…НКМn - нижня концентраційна межа вибуховості n-го горючого компонента у суміші, % об;

ВКМ1, ВКМ2,…ВКМn - верхня концентраційна межа вибуховості n-го горючого компонента у суміші, % об;

 % об.

Нижня концентраційна межа вибуховості становить - 3,43% об.

 % об.

Верхня концентраційна межа вибуховості становить - 29,15% об.

Суміш вибухонебезпечна в межах 3,45-29,15% об.

.6.3 Профілактичні заходи з охорони праці

З метою забезпечення безпечних та здорових умов праці у цеху необхідні наступні заходи:

автоматизація виробничого процесу з усунення ручної праці: застосування пневмотранспорту і автоматичний контроль за ходом технологічного контролю;

використання запобіжних та блокуючи пристроїв (вимикачі та сигналізатори небезпеки);

стіни пофарбовані білою фарбою.

все електрообладнання в металевих корпусах повинно мати заземлення;

усі з'єднання надійні, виключена можливість випадкового замикання;

всі провода, а також місця їх підключення надійно за ізльовані;

проводиться суровий контроль за станом електрообладнання;

електрообладнання може бути легко знеструмлене як в самому цеху, так і за його межами.

˗ з метою забезпечення нормальних зорових умов праці в цеху потрібно встановити штучне освітлення. Гарне освітлення для здоров'я робочих, для створення безпечних умов праці та збільшення її продуктивності.

˗ промислова вентиляція є одним із заходів, що забезпечує у відповідності з санітарними нормами гігієнічні вимоги до повітряного середовища та відповідні метеорологічні умови у виробничих приміщеннях. З цеху необхідні природна та штучна вентиляції.

Виробничі процеси повинні відбуватися з дотриманням технологічного регламенту , затвердженого в установленому порядку.

Переміщення, транспортування, а також вантажно-розвантажувальні роботи повинні проводитися відповідно з правилами.

Для працівників цеху необхідні засоби індивідуального захисту - бавовняні костюми, рукавиці, черевики, окуляри та інше.

Засоби індивідуального захисту органів дихання - респіратор, протигаз.

.7 Охорона навколишнього середовища

Відповідно до інструкції по розробці проектів і кошторисів для промислового будівництва (СН 202-81) заходу щодо охорони навколишнього середовища виконуються в самостійний розділ. Відповідно до інструкції по розробці проектів і кошторисів для промислового будівництва (СН 202-81) заходу щодо охорони навколишнього середовища виконуються в самостійний розділ. У цьому розділі розглядаються в комплексі й узагальнюються всі рішення, прийняті в проектах основних і допоміжних цехів й установок, що запобігає забруднення атмосферного повітря, природних водойм й інших джерел виробництва, а земельні вгіддя, що також відновлюють, зайняті при промисловому будівництві.

Наявність зазначеного розділу в проекті є обов'язковим для твердження й реалізації того або іншого проекту. Організації, що інспектують, мають право відхилити проект від твердження й установити будівництво, якщо в ньому не дотримуються відповідних норм.

.7.1 Джерела забруднення атмосферного повітря і навколишнього середовища

У цеху по переробці пластмас у вироби відбувається виділення газоподібних продуктів (фенол, формальдегід, толуол), що забруднюють повітряне середовище. Основна частина виділяючих газоподібних шкідливих речовин уловлюватися місцевими відсосами, інші - розчиняються системами суспільної вентиляції.

Шкідливості, що видаляють системами витяжної вентиляції, направляються на установку зневоднювання або розсіюються в атмосфері. Для цього вихлопні труби забезпечуються спеціальними насадками, що утворять смолоскиповий викид, що збільшує ефект розсіювання.

.7.2 Використання вторинної сировини в цеху

У цехах переробки пластмас накопичуються тверді відходи, які піддаються вторинної переробки у виріб (Наприклад відро, лопата або 10 % добавок в невідповідальні деталі), або подрібненню з метою використання як добавки і наповнювачі.

.7.3 Використання оборотних циклів

Вода в цеху використовується для охолоджування полімеру. Вона йде по трубам в оборотному циклі та називається технічною.

3.8 Техніко-економічні розрахунки

Економіка виробництва виробів із пластмас має свої специфічні особливості. Частка затрат на сировину і матеріали в загальних затратах по експлуатаційним виробництвам (литтєве виробництво) вище, ніж по всій промисловості, а частка затрат по виробництву виробів із пластмас методом лиття під тиском знаходиться приблизно на рівні машинобудування і нижче, ніж в хімічній промисловості.

Переробка пластмас методом лиття під тиском в порівнянні з іншими методами відрізняється трудоємністю.

Енерговитрати на процес зменшуються, з'являється економія матеріалу, так як виріб видаляється з форми без ливників. На підприємстві тривалість робочого дня становить 12 годин. Складається графік змінності, який являє собою графічне зображення по черговості виходу працівників на роботу, чергування днів роботи і відпочинку. На підприємстві діє трьох бригадний графік роботи, кожна бригада після чотирьох днів роботи має 48 годин відпочинку.

Робітники мають можливість прийняти їжу по черзі, з заміною один одного на робочих місцях, без права відходу з цеху та без права вимикання обладнання. Час таких перерв входить в рахунок робочого часу. Графік роботи в безперервному виробництві за 8-годннним робочим днем.

.8.1 Розрахунок виробничої потужності:

;    (3.5)

де М_пр - виробнича потужність;- кількість обладнання, шт.;

Т_еф - ефективний фонд робочого часу, год.;

Р_пасп - паспортна продуктивність одиниці обладнання,кг/год.

Т_еф = Т_реж - П_рем - П_техн,   (3.6)

де Т_реж - режимний фонд роботи устаткування, год.;

П_рем - простій устаткування в ремонті, год.;

П_техн - технологічно неминучий простий, год.

Т_реж = (П_кал - П_вих - П_св) · Т_зм · n_зм,  (3.7)

де П_кал - календарний фонд часу (365 днів);

П_вих - кількість вихідних у році (104 дня);

П_св - кількість святкових днів (10 днів);

Т_зм - тривалість однієї зміни, год. (8 годин);_зм - число змін роботи цеху на добу (3 зміни).

Т_реж = (365 - 104 - 10) · 8 · 3 = 6024 годин

П_рем = 5,3 % від Т_реж    (3.8)

П_техн = 2,9 % від Т_реж    (3.9)

П_рем = 6024 · 0,053 = 319 годин

П_техн = 6024 · 0,029 = 175 годин

Т_еф = 6024 - 319 - 175 = 5530 годин

Розрахунок коефіцієнтів використання обладнання:

розрахунок коефіцієнта інтенсивного використання обладнання

    (3.10)

розрахунок коефіцієнта екстенсивного використання обладнання

    (3.11)

розрахунок інтегрального коефіцієнта використання обладнання

К_інтегр = К_інт ∙ К_екст   (3.12)

розрахунок резерву потужності

    (3.13)

Таблиця 3.5 - Виробнича потужність

Марка ТПА	Кіл-ть	Рпасп, кг/год.	Рфакт, кг/год.	Кінт	Кекст	Кінтегр	Rn	Мпр, т/рік
ДК3327.Ф1	7	60	5,7	0,095	0,918	0,087	0,913	220,647
ДК3330.Ф1	6	80	7,4	0,093	0,918	0,085	0,915	245,532
ДЕ3132-250Ц1	7	125	10,1	0,081	0,918	0,074	0,926	390,971
Д3136-1000	2	200	15,5	0,078	0,918	0,072	0,928	171,43
Всього	22							1028,58

Висновок

Спроектовано ділянку переробки пластмас методом лиття під тиском.

Наведено обґрунтування з приводу вибраного способу переробки та технологічного процесу.

Описані загальні відомості про одержання, властивості, переробку та застосування поліетилену та поліпропілену.

Зроблено опис технологічного процесу постадійно з наведеною технологічною схемою.

Були зроблені розрахунки і проектування технологічної оснастки. Наведена схема плану цеху.

Зроблені певні застереження щодо охорони праці та навколишнього середовища.

Список літератури

1. ГОСТ 12.1.007-76.Вредные вещества Классификация и общие требование безопасности. [Текст]: Введ. с 1977-01-01. - М. : ИПК изд-во стандартов, 1977. - 126 с.

2. ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. [Текст] - Введ. с 1989-01-01. - М. : ИПК изд-во стандартов, 1989. - 126 с.

3. ГОСТ 12.0.003-74. Опасные и вредные производственные факторы. [Текст] - Введ. с 1976-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1976. - 2 с.