Проект ділянки переробки пластмас методом лиття під тиском

Міністерство  освіти, науки, молоді і спорту України

Державний вищий навчальний заклад

«Український  державний хіміко-технологічний  університет» 
 

Кафедра переробки пластмас

і технології фото-, нано-,

та поліграфічних  матеріалів 
 
 
 

ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА

до курсового проекту 
 
 
 

на тему: «Проект ділянки переробки пластмас методом лиття під тиском» 
 
 
 
 
 
 
 

Виконав

Студент групи 5-ПП                                                                     Давидова Н. О. 

Керівник                                                                                        Овчаренко В. Г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

м. Дніпропетровськ

2011 р. 
 

РЕФЕРАТ 

   Записка  пояснювальна: с. 29,   рис., табл., літературних джерел.

   Об'єкт  проектування – ділянка з виробництва  литтєвих виробів.

   У загальній  частині дана характеристика  сировини та готової продукції,  вказано призначення об’єкту  і дана його загальна характеристика.

   У технологічній  частині обґрунтовано вибір методу  виробництва, надані теоретичні  відомості про процеси, які  мають місце при переробці полімерів цим методом, описана технологічна схема виробництва.

   У спеціальній  частині виконано матеріальні  і технологічні розрахунки, дана  характеристика основного обладнання.

   ЛИТТЯ  ПІД ТИСКОМ, ТЕРМОПЛАСТИ, ТЕРМОПЛАСТАВТОМАТИ, ВУЗОЛ ПЛАСТИКАЦІЇ, ПЛАСТИКАЦІЙНА ПРОДУКТИВНІСТЬ, ЗУСИЛЛЯ ЗАПИРАННЯ, ОБ’ЄМ ВПОРСКУВАННЯ, ГНІЗДНІСТЬ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗМІСТ 

 Вступ......................................................................................................................

1.Загальна частина..................................................................................................

  1.1.Обгрунтування способу переробки..............................................................

  1.2.Характеристика сировини і готової продукції.............................................

2.Спеціальна  частина..............................................................................................

  2.1. Технологічна схема виробництва.................................................................

  2.2.Матеріальні  розрахунки за точною програмою............................................

  2.3. Матеріальні  розрахунки за умовною програмою.......................................

  2.4. Технологічні розрахунки……………………................................................

      2.4.1. Розрахунок за точною програмою..........................................................

      2.4.1.1. Розрахунок кількості гнізд....................................................................

     2.4.2. Розрахунок за умовною програмою........................................................

Література................................................................................................................... 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВСТУП 

  Лиття під тиском полягає в розм'якшенні матеріалу до вязкотекучего стану в циліндрі литтєвої машини і наступному переміщенні його в литтєву форму, де матеріал, охолоджуючись, твердне, зберігаючи при цьому конфігурацію внутрішньої порожнини форми. Процес лиття є дискретним процесом, в якому періодично змінюються як стан матеріалу, так і вплив на нього окремих елементів обладнання та оснащення.

   Якість виробів, що виготовляються методом лиття йод тиском, в значній мірі залежить від режимів переробки, підготовки сировини, а також точного дотримання параметрів процесу в часі.

   Сам процес виготовлення виробів може бути розбитий на окремі операції (стадії), які виконуються в певній послідовності. Для кожної операції визначаються режими її виконання, а також необхідне обладнання.

При проектуванні виробництва ливарних виробів необхідно  вирішувати питання вибору основного  і допоміжного обладнання

 відповідно  до прийнятої або розробленої  технологічної схеми з урахуванням  особливостей переробки того  чи іншого виду термопласту.

1. ЗАГАЛЬНА  ЧАСТИНА 
 

1.1.Обгрунтування  способу переробки 

   Лиття  під тиском - метод формування  виробів з полімерних матеріалів, що полягає в нагріванні матеріалу  до в’язкотекучого стану і  передавлюванні його в закриту литтєву форму, де матеріал набуває конфігурацію внутрішньої порожнини форми і твердіє. Цим методом одержують вироби масою від декількох грамів до декількох кілограмів з товщиною стінок 1 - 20 мм (частіше 3 - 6 мм). Для здійснення лиття під тиском застосовують плунжерні або шнекові ливарні машини (рис. 1.1), на яких встановлюють литтєві форми різної конструкції.

   Основними  технологічними параметрами процесів  лиття під тиском є температура  розплаву Т_р, температура форми Т_ф, тиск лиття Р_л, тиск у формі Р_ф, час витримки під тиском t_впт, час охолодження t_охол або час затвердіння в формі t_отв для термореактивних матеріалів.

   Литтям  під тиском переробляються як  термопластичні, так і термореактивні  матеріали, але при цьому тип  матеріалу визначає специфіку фізико-хімічних процесів, що супроводжують нагрів та перехід у твердий стан цих видів пластмас. 
 

Рис.1.1 Схема литтєвої машини із шнековою (а) та плунжерною (б) пластикацією розплаву

1 – гідроциліндр  механізму змикання; 2 - поршень гідроциліндра механізму змикання; 3 - рухома плита, 4 - напівформи; 5 - нерухома плита, 6 - пластикаційний циліндр; 7 - шнек; 8 - завантажувальне вікно циліндра пластикації; 9 - бункер, 10 - привід шнека; 11 - корпус гідроциліндра механізму упорскування; 12 - поршень гідроциліндра упорскування; 13 - гідроциліндр шнека; 14 - торпеда-розсікач потоку розплаву; 15 - дозатор; 16 – плунжер.

   Процеси  пластикації в черв'ячних та  поршневих ливарних машинах істотно  відрізняються. Нагрівання матеріалу  в поршневих машинах здійснюється головним чином за рахунок теплопередачі від зовнішніх джерел тепла.

   Пластикація  в черв'ячних машинах здійснюється  як в результаті теплопередачі  від зовнішніх джерел тепла  (нагрівачів циліндра), так і в  результаті виділення тепла тертя  у витку черв'яка за рахунок зсувних зусиль. У черв'ячних конструкціях матеріал піддається інтенсивному перемішуванню. Це дозволяє значно вирівняти температуру в обсязі матеріалу, підготовленого для вприскування.

   Формування  пластмас проводиться у в'язко-текучому стані, в який матеріал переходить при підвищеній температурі. При цьому основне значення має вибір температур переробки і часу перебування при підвищеній температурі до розкладання або тверднення полімеру. При перевищенні температури переробки вище певної межі, характерного для кожного полімеру, може відбутися його термодеструкція (розкладання) або раніше тимчасове затвердіння – структурування (для термореактивного матеріалу). При недостатній температурі переробки матеріал володіє великою в'язкістю, що ускладнює його перебіг.

   Литтєва  машина складається з інжекційної  та пресової частин, гідравлічного  чи механічного приводу і електроприводу (системи електрокерування).

   Інжекційна  частина машини забезпечує пластикації  матеріалу, тобто розігрів до  необхідної температури, і створення заданого режиму додатка тиску на всіх стадіях циклу формування виробу, а пресова частина - переміщення форми і її запирання під час формування виробу . За допомогою гідравлічного або механічного приводу досягається переміщення вузлів і деталей машини. Електропривод і контрольно-вимірювальні прилади призначені для виконання всіх операцій циклу в заданих послідовності і режимі.

   На сучасних  ливарних машинах можна виготовляти  вироби різними способами: литним, інтрузійним, інжекційно-пресовим.

   Литний  спосіб полягає в впорскуванні  матеріалу в литтєву форму  поршнем, що поступально переміщується,  або черв'яком, і витримці матеріалу  під тиском у формі. 

   Інтрузійний  спосіб полягає у заповненні  литтєвої форми черв'яком, що здійснюють тільки обертальний рух або одночасно обертальні і поступальні рухи. Витяг матеріалу у формі під тиском здійснюється під дією осьового зусилля, переданого черв'яком.

   Інжекційно-пресовий  спосіб полягає в заповненні  неповністю зімкнутої форми литним або інтрузійним способом. Подальше формування матеріалу відбувається під дією зусилля, створюваного пресовим механізмом.

   Процес  лиття під тиском є циклічним.  Цикл складається з наступних  стадій: завантаження сировини в  пластікаційний циліндр литтєвої машини і підготовка розплаву (пластикація), змикання форми, заповнення форми розплавом, витримка під тиском у формі, витримка без тиску у формі, розкриття форми і витяг виробу.

   Завантаження  сировини проводиться через завантажувальний  бункер і вікно в циліндрі литтєвої машини (див. рис. 1.1). У пластікаційному циліндрі проводяться нагрівання матеріалу до переходу в в’язкотекучий стан, ущільнення і гомогенізація розплаву.

   Необхідна  температура розплаву створюється  за рахунок двох джерел тепла:  зовнішнього обігріву циліндра і переходу в тепло роботи сил тертя, що виникають при деформації матеріалу обертовим шнеком. Температура розплаву повинна забезпечувати необхідну в'язкість для заповнення форми, але при цьому не повинна протікати деструкція матеріалу. Зазвичай в'язкість розплаву, необхідна для лиття під тиском, досягається у аморфних полімерів при температурі на 100-150 ° С вище температури склування, а у кристалічних полімерів, як правило, при температурах, на кілька градусів перевищують температуру плавлення.

    Максимально  можливою є температура розплаву  на 30-40 ° С нижче, ніж температура  деструкції. Чим вище в'язкість  розплаву матеріалу, тим більша  різниця між температурою деструкції та максимальною температурою розплаву, так як під час пластикації та впорскуванні відбувається додатковий нагрів матеріалу.

   Заповнення форми розплавом (уприскування) починається після підготовки необхідної дози розплаву і змикання форми. Під дією зусилля, що розвивається в гідроциліндрі вузла вприскування, шнек рухається вперед і через сопло й ливникову систему подає розплав у формуючу порожнину. Створюваний наконечником шнека тиск витрачається на в'язку течію розплаву і входові ефекти, зумовлені в'язкопружніми властивостями розплавів полімерів. Тому тиск у формі істотно нижче, ніж тиск, що розвивається шнеком.

   Витримка  під тиском необхідна для компенсації  зменшення обсягу (усадки) матеріалу  в формі в результаті його  поступового охолодження. Протягом  часу витримки під тиском (що  включає в себе і час заповнення форми) розплав продовжує подаватися в центральну частину виробу через ливникову систему (центральний, розводящий і впускний ливники), і тиск у формі залишається практично постійним. Процес подачі розплаву припиниться у момент затвердіння впускного ливника, що відповідає охолодженню матеріалу в ливнику до температури затвердіння (на 5-10 ° С нижче, ніж температура текучості) для аморфних або до температури кристалізації (як правило, Т_кр на 5-10 ° С нижче, ніж Т_пл) для кристалічних термопластів. Після завершення витримки під тиском сопло відводиться від литниковой втулки форми.

   Якщо  якийсь з елементів литниковой  системи застигає раніше, ніж  матеріал в центрі вироби, то  підживлення не буде завершене  і виріб вийде з раковинами  і утяжинами. Якщо для застигання ливника потрібен більший час, ніж для застигання центральної частини виробу (тонкостінні вироби), то при розкритті форми за ливником витягується незатверділий матеріал. Щоб уникнути цього, доводиться збільшувати час охолодження, знижуючи тим самим продуктивність.

Охолодження без  тиску завершує процес формування структури  виробу у формі. На цій стадії швидкість  охолодження вище, ніж у період витримки під тиском. Причому чим  довша витримка під тиском, тим  менша різниця в швидкості  охолодження на останній стадії. 
 
 

  1.2. Характеристика  сировини і готової продукції. 

   Поліаміди – гетероланцюгові високомолекулярні сполуки, які мають у своєму ланцюзі амідні фрагменти –СО–NH– .

   Поліаміди  можуть бути отримані поліконденсацією  або полімеризацією. Поліконденсацією отримують поліаміди з спів-амінокарбонових кислот або їх ефірів (1), а також з дикарбонових кислот (або їх ефірів) і діамінів (2) за

схемою:

де R - аліфатичний або ароматичний радикал.  

   Поліконденсацію можна проводити в розплаві вихідних сполук або в розчині висококиплячого розчинника, інертного по відношенню до мономерів і утвореного полімеру, а в деяких випадках і у твердій фазі.

    Поліаміди поєднують високу механічну міцність та еластичність, можуть працювати в широкому інтервалі температур (-60ºС - +100 ºС). Мають високий опір до стомлення, низьку морозостійкість, низький коефіцієнт тертя. Стійкі до дії лугів, мастил і бензину, до дії вуглеводнів та нафтопродуктів, до спиртів і кетонів. Розчиняються у концентрованих неорганічних кислотах, у мурашиній та оцтовій кислотах (крім ПА-12), у фенолах, фторованих і хлорованих спиртах і кетонах.

   Поліамід  належить до інженерних пластиків.  Перероблюється литтям під тиском  і екструзією. 
 

Табл..1.1. Властивості  поліамідів.

   Найважливіші представники цього класу лінійних термопластів - найлон-6 (полікапролактам, що отримується з e-капролактаму; в Росії його називають капроном), найлон-6, 6 і найлон-6, 10. Всі вони - тверді, міцні, висококристалічні та високоплавкі матеріали з високою стійкістю до дії розчинників, хімічно інертні. Найбільш важливими для отримання синтетичних волокон є найлон-6 (капрон) та найлон-6, 6. Деякі їх кількості використовуються також для виробництва плівок і формованих виробів, хоча тут переважно найлон-6, 10 завдяки його нижчій точці плавлення (бл. 200 ° С) і меншій схильності поглинати вологу. Отримано також поліамід, що складається з ізофталевої кислоти і мета-фенілендіамін. Це дуже твердий і міцний лінійний термопласт з температурою плавлення бл. 400 °С, використовуваний для виробництва таких спеціальних виробів, як парашути, буксирні канати і ремені безпеки на транспорті.

   Полі-пара-фенілентерефталамід,  ароматичний найлон (арам), є продуктом  поліконденсації пара-фенілендіаміну  та терефталевої кислоти:  

Він випускається компанією "Дюпон" під назвою "кевлар". Цей кристалічний термопласт з винятково  високою Т_пл (вище 500 ° С) використовується для виготовлення кручених волокон, що підсилюють такі реактопласти, як епоксидні смоли (бісмалеіміди). Композитні матеріали цього типу перспективні для застосування в конструкціях авіакосмічної промисловості. 

   Із поліаміду  методом лиття під тиском будемо виробляти виріб «Підтримка лобова». 
 

   Полівінілхлорид - пластмаса білого кольору, термопластичний полімер вінілхлориду. Відрізняється хімічною стійкістю до лугів, мінеральних масел, багатьох кислот і розчинників. Не горить у повітрі, але має малу морозостійкість (-15 ° C). Теплостійкість: +65 ° C.

   Хімічна  формула: [-CH₂-CHCl-] n.

   Міжнародне  позначення - PVC. 

   Фізичні властивості. 

   Важкогорючі.  При температурах вище 110-120 ° C схильний до розкладання з  виділенням хлористого водню HCl. Розчиняється в циклогексаноні, тетрагідрофурані (ТГФ), діметилформаміді (ДМФА), діхлоретані, обмежено - в бензолі, ацетоні. Не розчиняється у воді, спиртах, вуглеводнях; стояків у розчинах лугів, кислот, солей. Стійкий до дії вологи, кислот, лугів, розчинів солей, бензину, гасу, жирів, спиртів, має гарні діелектричні властивості.  

Молекулярна маса 10-150 тис.;

Щільність - 1,35-1,43 г / см ³.

Температура склування 75-80 ° C

(для теплостійких  марок до 105 ° C),

 температура  плавлення - 150-220 ° C.

Межа міцності при розтягуванні - 40-50 МПа,

при вигині - 80-120 МПа.

Питомий електричний  опір - 1012 - 1013 Ом · м.

Тангенс кута втрат  порядку 0,01-0,05.  

   Отримання.

   Одержують суспензійною або емульсійною полімеризацією вінілхлориду, а також полімеризацією в масі.  

   Застосування.

   Застосовується для електроізоляції проводів і кабелів, виробництва листів, труб (переважно хлорований полівінілхлорид), плівок, плівок для натяжних стель, штучних шкір, полівінілхлоридного волокна, пенополівінілхлоріда, лінолеуму, взуттєвих пластикатів, меблевої кромки і т. д. Також застосовується для виробництва грамплатівок ( т. н. вінілових), профілів для виготовлення вікон і дверей. Полівінілхлорид також часто використовується в одязі та аксесуарах для створення подібного шкірі матеріалу, що відрізняється гладкістю і блиском. Такий одяг широко поширена в альтернативних напрямках моди, серед учасників готичної субкультури, прихильників сексуального фетиша і БДСМ.

   Полівінілхлорид використовують як ущільнювач у побутових холодильниках, замість щодо складних механічних затворів. Це дало можливість застосувати магнітні затвори у вигляді намагнічених еластичних вставок, які розміщені в балоні ущільнювача. 

   Для виробництва  «Наконечника» будемо використовувати ПВХ-пластикат. 
 
 

   Поліетилен. [-CH₂-CH₂-] n

Існує в двох модифікаціях, що відрізняються за структурою, а значить, і за властивостями. Обидві модифікації виходять з етилену CH₂ = CH₂. В одній з форм мономери зв'язані в лінійні ланцюги з СП зазвичай 5000 і більше; в іншій - розгалуження з 4-6 вуглецевих атомів приєднані до основного ланцюга випадковим способом. Лінійні поліетилени виробляються з використанням особливих каталізаторів, полімеризація протікає при помірних температурах (до 150 ° С) і тисках (до 20 атм).

   Лінійні  поліетилени утворюють області  кристалічності, які сильно впливають  на фізичні властивості зразків.  Цей тип поліетилену зазвичай  називають поліетиленом високої  густини; він являє собою дуже  твердий, міцний і жорсткий  термопласт, широко застосовуваний для литтєвого й видувного формування ємностей, що використовуються в домашньому господарстві та промисловості. Поліетилен високої густини міцніше поліетилену низької густини.  

Поліетилен високої  густини

СП                 від 1000 до 50 000

Т_пл                   129-135 ° С

Т_ст                   - 60 ° С

Густина          0,95-0,96 г/см3

Кристалічність - висока

Розчинність - розчинний в ароматичних вуглеводнях тільки при температурах вище 120 ° С

   Розгалужені поліетилени спочатку одержували нагріванням етилену (зі слідами кисню як ініціатора) до температур порядку 200 ° С при дуже високих тисках (понад 1500 атм). Розгалуження зменшують здатність поліетилену до кристалізації, у результаті цей різновид поліетилену має наступні властивості:  

СП                 від 800 до 80 000

Т_пл                 108-115 ° С

Т_ст                 нижче -60 ° С

Густина        0,92-0,94 г/см3

Кристалічність - низька

Розчинність - розчинний в ароматичних вуглеводнях тільки при температурах вище 80 ° С

   Цей поліетилен звичайно називають поліетиленом низької щільності. Розроблено методи отримання поліетилену низької щільності при низькому тиску і помірних температурах сополимеризацией етилену з іншим олефінів, наприклад бутиленами CH₂ = CH-CH₂-CH₃. Там, де в ланцюг вбудовується бутиленова одиниця, утворюється короткий бічний ланцюг:  

   У цьому випадку упаковка ланцюгів не може бути настільки ж щільною, як для "чистого" поліетилену. Поліетилен низької густини являє собою міцний, дуже гнучкий і злегка пружний термопласт, трохи більш м'який, легше формується і видавлюється, ніж поліетилен високої густини; поліетилен низької густини знаходить широке застосування у виробництві покриттів, пакувальних матеріалів і виробів, виготовлених методом лиття під тиском.  

    Поліетилен  можемо використовувати для виробництва  таких виробів: «Фланець», «Шайба». 

   Поліпропілен.

[-CH₂-CH (CH₃) -] n

Отримують з  пропілену C₃H₆. У 1954 Дж.Натта (Італія) визначив його молекулярну структуру, відкривши важливий клас стереорегулярних полімерів. Бічні метильні групи CH₃ можуть розташовуватися в ланцюзі поліпропілену випадковим чином: 

або регулярно  

   Натта  назвав полімери першого типу  атактичним, а другого - тактичними, в даному специфічному випадку  - ізотактичного (що означає "на одній стороні").

   У атактичному  поліпропілені безладне розташування  метильних груп перешкоджає кристалізації,  у результаті виходить м'який, гумоподібний матеріал, який легко  розчинний в органічних розчинниках  і розм'якшується при невисоких температурах. Він використовується для отримання різних виробів методом екструзії, а також в якості клею для пластмас.

   У тактичному  поліпропілені метильні групи  розташовані регулярно уздовж  ланцюга. Внаслідок цього з  тактичного поліпропілену виходять міцні жорсткі термопласти з високими температурами плавлення і відмінною стійкістю до розчинників. Ізотактичний поліпропілен - важливий промисловий продукт. Він широко використовується для отримання волокон і плівок і як матеріал для литтєвого й видувного формування ємкостей.  

Властивості ізотактичного  поліпропілену:

СП                 від 1000 до 6000

Т_пл                      174-178 ° С

Т_ст                       0 ° С

Щільність           0,90 г/см3

Кристалічність -  висока

Розчинність - розчинний в ароматичних вуглеводнях тільки при температурах вище 120 ° С  

Із пропілену  маємо виріб: «Втулка». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. СПЕЦІАЛЬНА  ЧАТИНА 

   2.1. Технологічна  схема виробництва. 

   Всі технологічні  схеми виробництва виробів з  термопластів методом лиття під тиском включають в себе наступні стадії:

1. Приймання,  транспортування, розтарування і  зберігання сировини. Вхідний контроль.

2. Підготовка  сировини.

3. Транспортування  сировини зі складу або ділянки  підготовки сировини в цех  формування виробів (до литтєвих машин).

4. Формування  виробів. 

5. Конфекціонування  виробу.

6. Контроль готової  продукції. 

7. Упаковка та  зберігання готової продукції. 

8. Переробка  відходів.

   Зміст  окремих стадій і порядок їх  виконання можуть змінюватися  і уточнюватися в залежності від вибраної технологічної схеми.

   Технологічні схеми виробництва необхідно розробляти, керуючись наступними критеріями:

- Рівень автоматизації  основного процесу (напівавтоматичний  або автоматичний режим роботи  основного обладнання);

- Форми і способи  відбору готових виробів і  впливу на виріб після його  формування (виготовлення виробів  на автоматичних лініях, дільницях  або спеціалізованому робочому  місці);

- Рівень централізації  виконання окремих операцій (упаковка, механічна обробка готових виробів, контроль).

   В даний  час найбільш доцільно застосовувати  такі технологічні схеми виробництва  ливарних виробів: 

- В напівавтоматичному  і автоматичному режимах роботи  устаткування з розподілом програм  виробів за розрахунковими робочими місцями (рис.2.1.) розрахунок доцільно виконувати за допомогою ЕОМ.