Реферат: Производство одноразовой посуды методом вакуум формования

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка міcтить : с, табл., рис., використаних дже-

рел.

Ключові слова: вакуум формування, одноразова

тара, технологія, вакуум формуючий апарат, заготівка,

продуктивність.

Мета проекту полягає в розробці виробництва одноразової тари з поліпропілену методом вакуум формування з річною продуктивністю 500 т.

Розроблено технолопчну схему, дана характеристика матереріалу, виробіb, проведений розрахунок продуктивності вакуум формуючого апарата, потyжнocтi, споживаної вакуум формуючим апаратом, енергетичні розрахунки оснащення апарата.

3MICT

ВСТУП.........................................................................................................................

1 ТЕХНОЛОПЧНА ЧАСТИНА................................................................................

1.1. Теоретичні основи переробки листових термопластів методом

вакуум формування................................................................................................

2.1. Основні способи вакуум формування листових матеріа-

лів........................................................................................................................

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОЇ ПРОДУКЦІЇ...........................................

3 ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ВИХІДНОЇ СИРОВИНИ............................

3.1.. Характеристика поліпропілену.........................................................

3.2 Полімеризація та сополімеризація пропілену.............................................

3.3 Структура поліпропілену: властивості та застосування

4 ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ ЛИСТОВИХ ТЕРМОПЛАС-

TIB...........................................................................................................

4.1 Класифікація формуючого обладнання..........................................................

4.2 Однопозиційні машини...................................................................................

4.3 Багатопозиційні машини................................................................................

4.4 Багатопозиційні машини позиціями різного призначення..........................

4.5 Поточні лінії та спеціалізовані машини..........................

5 ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ОСНАСТКИ................................

5.1 Розмітка листової заготівки..........................................................................

5.2 Закріплення заготівки...................................................................................

5.3 Нагрівання листової заготівки.....................................................................

5.4 Розрахунок часу нагрівання загоівки..........................................................

5.5 Формування виробів.....................................................................................

5.6 Розрахунок товщини стінок сформованих виробів...................................

5.70холодження виробів....................................................................................

6 ЕНЕРГЕТИЧНІ РОЗРАХУНКИ......................................................................

6.1 Розрахунок нагрівального устрою. 6.2Розрахунок формотворної машини.

7 РОЗРАХУНОК ТЕХНОЛОПЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИРОБНИЦТВА

8 РОЗРАХУНОК KIJlЬKOCTI ОБЛАДНАННЯ

9 КОНТРОЛЬ ВИРОБНИЦТВА.....................................

ВИСНОВОК.....................................................................

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ................................

ВСТУП

Швидкі темпи розвитку промисловості пластмас потребують значного збільшення виробничих потужностей по ix переробці. В наш час у хімічній промисловості та галузях, що застосовують у великій кількості вироби з пла­стмас, створюються нові та поширюються діючи потужності по переробці полімерних матеріалів у вироби. Плануеться подальше освоения i поширення виробництва нових видів синтетичних смол, пластмас та виробiв з них, заміна структури ассортименту, продукція що випускаеться у зв'язку із збільшенням питомоі ваги та об'ему виробництва термопластичних матеріалів.

Розширення сфер використання виробів з пластмас розробки та удосконалення процесів переробки та застосування високоефективного обладнання.

Аналіз стану переробки пластмас у вироби показує, що спостерігається постійне зниження долі таких "традиційних" процесів, як лиття під тиском, екструзія та пресування. В той же час питома вага "нових" процесів, таких як формування листових матеріалів - збшьшується.

Формування виробів з листів є одним із самих ранніх методів виготовлення виробів з пластичних мас. Вперше цей метод почав застосовуватися у кінці позаминулого століття для видування виробів із целулоїду. Поступово, з появою цілої гами нових листових матеріалів, метод формування термопластів знову одержав у всьому світі значне розповсюдження.

Як показуе досвід вітчизняної промисловості, а також практика за кор­доном, найбільші перспективи має метод формування при виготовлення кру­пногабаритних виробів, а також при виробництві дрібної тари разового ви­користання.

Перевагою метода формування у порівнянні з іншими є менша вартість обладнання, можливість виготовлення тонкостінних виробів, висока ступінь автоматизації процесу, а також відносно мала вартість виготовлення формуючого інструменту.

В наш час процеси переробки пластмас у вироби розвилась настільки, що багато видів виробів, можливо, виготовити декількома способами.

Розвиток метода формування в основному залежить від темпу виробництва листових та рулонних термопластів, та приріст потужності по виробництву формованих виробів у всьому світі майже прямо пропорційний при­росту потужностей по виробництву листа.

Недостатки, до яких в першу чергу віноситься значна порівняно з іншими методами переробки різнотовщинність виробів, що отримують, та недостатня стабільність розмірів деталей, що потрапляють при експлуатації в умовах підвищених температур. Kpiм того, при виборі метода необхідно враховувати, що листи i плівка коштують дорожче ніж гранули. Однак останній час цей фактор має менше значения у зв'язку зі значним здеревінням процесу листування термопластів iз утворенням автоматичних ліній типа "екструдер - формуючий агрегат" i "каландр - формуючий агрегат".

Ціль роботи - спроектувати виробництво одноразової споживчої тари з поліпропілену методом вакуум формування.

1 ТЕХНОЛОПЧНА ЧАСТИНА

1.1 Теоретичні основи переробки листових термопластів мето­дом вакуум формування

В залежності від характеру процесів, що приводять до фіксування форми виробів, що отримують, пластичні маси поділяють на термопласти та реактопласти. Форма виробів у термопластів фіксується не за рахунок хімічних реакцій (як у реактопластів), а в наслідок охолодження нижче температури скловання (Тст.)або температури кристалізації. При нагріванні термопластів вище температури текучості (Тт.)вони здатні знов переходити з твердого у в'язкотекучій (ВТ) стан без значно'ї зміни хімічної структури. При охолодженні термопластів вони знову стають твердими. Таки чином, вони можуть перероблятися повторно без погіршення властивостей,[14].

По зв'язку зі зміною стану пoлiмepy на кожн1й стадії технолопчного процесу особливо важливе значения мають ті його властивості, які визначають поведінку полімеру на данній стадії, i, отож враховуються при виборі параметрів переробки.

Полімери можуть або кристалізуватися, або залишатися при всіх тем­пературах аморфними. Аморфні полімери можуть знаходитися у трьох фізичних станах: склоутворювального (СУ), високоеластичного (BE) i ВТ. Ці стани i межи їх існування вивчають за допомогою різних структурних методів, наприклад термомеханічного (ТМ), який визначае залежнють деформацфї полімеру від температури при постійному напруженні - це термомеханічна крива (ТМК), [14] .На ділянці АВ тепловий рух незначний i проявляеться у коливаннях окремих атомів функцюнальних груп, при цьому деформації маленькі i мають оборотний характер.

Після досягнення Тст полімер переходить у BE стан (ділянка ВС). Перехід з СУ у BE стан відбуваеться у певному температурному інтервалі Це можна пояснити полідісперсністю полімеру, тобто різним по розміру моле­кулам потрібні різні температурні умови для розморожування сегментальної рухомості.

Отож, чим вужче сигментально-масовий розподіл, тим вужче область переходу з СУ у BE стан. BE стан характеризуеться дуже великими оборотними деформаціями, що вщбуваються під впливом дуже невеликого навантаження, які при зніманні навантаження з зразка зникають не миттєво, а в ході певного часу, тобто мають релаксаційний характер. Ця область є дуже важливою для переробки термопластів, так як вона дозволяє використовувати прості методи переробки, при яких не потрібні великі зусилля. В той же час опір деформаціі досить важливий, матеріал добре зберігає форму, тому при переробці не потребує застосування зовнішніх опор за виключенням тих міст,де деформація повинна бути виключена з ціллю обмеження розмірів виробів. Особливість BE стану відображаеться на механічних властивостях полімеру: він має високу податливість, низький модуль пружності та його зниження з підвищенням температури, [14].

D

Рис. 1.1 - Термомеханічна крива полімеру: 1 - аморфний, 2 - високо кристалічний.

При подальшому збільшенні температури полімер переходить у ВТ стан (ділянка СД), де проявляються великі необоротні деформаціі та термо­пласти володіюь малим опором деформації, відбувається ковзання макро­молекул друг відносно друга, тобто полімер тече. Тому для переробки пласт­мас ВТ стан грае велику роль, тому що формування виробів відбуваеться саме з цього стану.

Ефективним напрямком є створення модіфікованих матеріалів. В склад полімерних композицій окрім полімерного зв'язуючого можуть вхо­дити різні добавки.

Пластифікатори вводяться з ціллю придания полімеру еластичності та пластичності при переробці. Така фізична модифікація полімера полегшує формування виробів, підвищується їх морозостійкість, вогнестійкість, зменшуеться значения модуля еластичносі, полегшуеться змішання полімеру з іншими інгредієнтами. Збільшення складу пластіфікатора в полімері знижуе Тст, тобто полімер зберігає свої BE властивості при більш низьких темпера­турах крім того зменшується i Тт., тобто уся ТМК зміщуеться вліво. При неве­ликому складі пластифікатору Тт. Знижуеться більш різко, чим Тт. i, в ре­зультаті, інтервал BE розширюється. Подальше збільшення складу пластифікатору приводить до більш різкого зниження Тт. i інтервал BE стану знижу­еться. Ряд пластифікаторів різницю між Тт. та Тст зберігає незмінною до певної концентрації. Пластифкатори повинні добре поєднуватися з полімером з утворенням системи, що володіє експлуатаційною стійкістю, повинні бути хімічно стабільними, мати низьку летючість, бути безбарвними, без запаху.

Важливу роль в полімерій композиції мають наповнювачі їх вводять для поліпшення мехнічних властивостей пластмас, зменшення усадки під час отвердіння, підвищення їx стійкості до дії різних середовищ. Введения у термопласти наповнювачів дозволяє створити матеріал з поліпшеними міцностними властивостями, дозволяє отримати матеріали з властивостями,що були задани раніше, що дае можливіть розширити області застосування пласт­мас. Наповнювачі повинні змішуватися з полімером з утворенням системи певної ступені однорідності, вони повинні змочуватися розплавом полімеру, зберігати стабільність властивостей в процесах збершання, переробки та екс-плуатації пластмас, [14].

Для підвищення стійкості полімерноі композиції до дії тепла, світу, радіації, кисню, до них вводять стабілізатори - хімічні сполуки, що сприяють тривалому зберіганню властивостей пластмас у процесі їx переробки та експлуатації.

Змазуючі речовини запобігають присипанню матеріалу до обладнання у процесі його виготовлення i переробці у виріб.

1.2 OСHOBHІ способи вакуум формування листових матеріалів

В цьому розділі приведені види вакуум формування i описан метод обраний для виробництва одноразової споживчої тари.

Обраний метод - негативне формування з попередньою мехашчною витяжкою (рис. 1.2). Основна особливість цього метода полягае в тому, що закрсплений над матрицею лист термопласта вдавлюється у неї товкачем. Товкач, опускаючись униз, придає листу форму, що приблизно відповідає формі матриці, і виробляе попередню механічну витяжку листа. Як тільки товкач приходить у нижне положения, в матриці створюється формуючий тиск (за рахунок вакууму, зжатого повітря або рідини,що нагнітає) і лист притискається до внутрішньї поверхні матриці, точно відтворюючи розміри та малюнок форми, [4].

При мехашчній витяжці відбувається зменшення товщини бокових стінок, виробу що формуеться, а товщина дна залишається майже без зміни порівняно з товщиною листа. При негативному формуванні більш за все витягується дно виробу та кути, що до нього прилягають. Поєднання двох способів, що розглядаються, дозволяє отримати більш глибокі вироби з рівномірною товщиною стінки та дна, ніж при "чистому" негативному формуванні. До недоліків процесу слід віднести ускладнення обладнання та збільшення числа технологічних параметрів, які потрібно контролювати у ході процесу.

Таблиця 1.1 —Основні способи вакуум формування листових матеріалів

а -нагр1вання заготовки, б - попередня мехашчна витяжка, в - кшцеве офор­мления виробу.

Попередня механічна витяжка може здійснюватися при негативному формуванні не тільи жорстким, але й еластичним пуансоном, який виготовляеться, як правило, з гуми. Цей процес є поеднанням штампування еластич­ним пуансоном та негативного формування. Еластичний пуансон вдавлює разогріту заготівку в матрицю, однак для кращого оформления виробу в момент витяжки термопласта в формі створюється розтягання, що забезпечуе плот­ноє поджатіє заготівки до стінок матриці. При попередній витяжці еластич­ним пуансоном різнотовщинність виробу менше, ніж при використанні жорсткого. Це пояснюеться тим, що при зіткнення заготівки з гумою не вщбувається різкого охолодження термопласта i матеріал продовжуе деформуватись, обжимаючи пуансон, [4]

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ГОТОВОЇ ПРОДУКЦІЇ

Параметри одноразової тари вказані в табл.. 2.1

В якості сировини для виробництва одноразової тари використовують поліпропіленову плівку (у рулонах), шириною 465 мм, товщиною 1,4 мм, масою 50 кг, [2].

Одноразова тара виготовлена на багатопозизійній вакуум-формовочій машині стрічкового типу, методом негативного формування з попередньою витяжкою. Апарат DOGA-VAG (ф1рма "Гасти", ФРГ),технолопчна характе­ристика обладнання приведена в табл.2.2

Таблиця 2.1- Параметри одноразової тари

Таблиця 2.2. - Технологічні характеристики апарату DOGA-VAG.

3 ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ВИХІДНОІ СИРОВИНИ 3.1 Характеристика поліпропілену

Пропілен СН2=СН-СН3 (молекулярна маса 42,081) при звичайних умовах - безбарвний газ з слабим характерним запахом.

Пропілен відноситься до числа найважливіших видів сировини сучасної нафтохімічної промисловості. Різноманітність синтезів на основі пропілену є причиною швидкого збільшення об'ему виробництва цього продукту. Джерелами сировини для промислового виробництва пропілену можуть слу­жити продукти переробки нафти, а також природні вуглеводні гази.

Пропілен отримують різними методами: а) розіл газів нафтопереробки що містять олефіни, б) піролізом етану i пропану, що містяться в газах наф­топереробки, в) піролізом етану i вищих алканів, що виділяються з природ­ного газу, г) піролізом рідких вуглеводнів.

В залежності від способу підводу тепла в реакційну зону розрізняють наступні методи піролізу вуглеводнів для отримання пропілену: а) в трубчатих печах з зовнішнім вогневим обігрівом, б) з застосуванням в якості теплоносія перегрітого водяного пару i димових газів, в) в регенеративних печах з нерухомою насадкою, г) в регенеративних печах з теплоносіем що рухається, д)окислювальний піроліз. Найбільш поширеним методом отримання про­пілену є піроліз нафтової сировини в трубчатих печах. Це пояснюється неве­ликими капітальними затратами на будівництво трубчатих піролізних уста­новок i порівняною простотою обслуговування.

Для отримання пропілену високої ступені чистоти, необхідної для хімічної переробки, проводять розділ піролізного газу на окремі компоненти.

Розділ газу перолізу доцільно здійснювати при підвищеному тиску. Перед розділом газ зжимають компресорами в 4 - 5 ступенів i очищають в лугових промивних апаратах від кислих домішок. Потім з газу видаляють сполуки ацетилену (шляхом селективного гідрування на спеціальному ка­талізаторі або промивкою діметилформамідом) i піддають його сушці за допомогою різних адсорбентів.

В промисловості для виділення пропілену з піролізного газу найчастіше застосовуеться метод ректифікації, який є в техніко-економічному відношенні найбільш вигідним.

Для виробництва поліпропілену потрібен пропілен високого ступеня чистоти. Зміст таких домішок, як ацетиленової і сіркової' сполуки, кисень, окис i двоокис вуглецю не повинні перевищувати сотих i тисячних долів проценту.

Задовільним вважаеться пропілен наступного складу (в об'емн. ч. на 1 млн.): Cipкa -.10;вода.-10;пропадієн.-20;кисень-.10 ;окис вуглецю.-. 10; карбоніл сульфід.-.10;ацетилен.-5;етан + пропан.-.2.000

3.2 Полімеризація та сополімеризація пропілену

Відкриття специфічних каталізаторів подавало велику промислову заіцікавленість i визвало цілий ряд досліджень в області полімерізації пропілену і інших олефінів. Незабаром після появи перших повідомлень про полімеризацію етилену при низьких тисках фірмою Монтекатіні та Циглером були взяті сумісні патенти в яких описані основні групи речовин, що застосовуються в якості каталізаторів. Найважливіші з них наступні: сполуки перехідних металів: TiCU, TiCb, TiCb, ацетилацетонат хрому та ін. Металоорганічні сполуки: А1 (С2Н5)з,А1 (СзН7)з-А1 (С1бНз)з, алюмінієві сплави (наприклад, Mq3Al2) та ін .

Детальне вивчення різних каталітичних систем дозволило виявити нові типи каталізаторів, однак принципи їx дії той же і заключається у взаемодії металів органічних сполук 1,2 або 3 груп перюдичної системи з сполуками перехщних металів 4-8 груп.

Ізотактичний поліпропілен в наш час отримують тільки на гетерогенних каталітичних системах в яких, перехідні метали знаходяться в нерозчинній, більш менш кристалічній формі, а металоорганічні сполуки в вуглеводному середовищі

Основні параметри процесу полімерізації, а саме загальна швидкість процесу, стереоізомерний склад полімеру i його молекулярна маса, залежать від хімічної і фізичної природи каталізатора, полімеризаційного середовища і фізичних умов. А також ступеня чистоти окремих компонентів системи іїх концентрації.

Отриманий в результаті стереоспецефічної полімеризації продукт на ряду з ізотактичним полімером містить також деяку кількість атактичної фракції так звані стереоблокполімери, в макромолкулах які чередуються на протилежних сторонах ланцюга не окремі групи СРз, a цілі ізотактичні ділянки цих груп.

Каталізатор знаходиться у місі полімеру, що утворився і тому його необхідно або видалити, або перевести в хімічну інертну форму, яка не викликає деструкції і небажаного забарвлення полімеру. Зміст аморфних i стереоблочншх фракцій оказує вплив на здатність полімеру до переробки i властивості виробів, що отримуються i повинно бути відрегульовано відповідно з призначенням полімеру. Іншим параметром, яким необхідно змінювати в широких межах в залежності від призначення полімеру, є величина молеку-лярної ваги.

Збільшити молекулярну вагу полімеру можна за допомогою різних до­бавок (наприклад, амінів) або самих каталітичних систем. Знизити молекуля­рну вагу можна трьома методами: а) вибором режиму полімеризації (каталізатор, температура, концентрація мономера i т.п.), б) додання речовин, що викликають передачу ланцюга, в) спрямованої деструкції полімеру. На практиці молекулярну вагу полімеру найчастіше регулюють за допомогою агентів передачі ланцюга.

На ряду з вивченням хімічних та фізичних властивостей поліпропілену увагу дослідників в усьому свті привертаеє сополімеризація пропілену з іншими мономерами в ланцюгах модифікації властивостей продукту. В коло проблем, пов'язаних з сополімерізацією на стерео специфічних каталізаторах, крім вивчення складу сополімеру I вміст вихідних мономерів, входить також вивчення просторовоі структури продуктів, що утворюються з врахуванням застосованої комбшації мономерів i каталітичної системи.

3.3 Структура поліпропілену: властивості, застосування

В залежності від умов проведения процесу полімеризації пропілену отримуються полімери з різною молекулярною структурою, яка визначае їx фізико-механічні властивостi придатність для тої чи іншої цілі.

Відкриття стерео специфічноі полімеризації поклало початок новому етапу в досліджені структури i властивості поліпропілену. В залежності від умов полімеризації структура поліпропілену може бути декількох типів, які розрізняються просторовим розташуванням метильних груп по відношенню до головного ланцюга полімеру.

А) Ізотактична структура - yci групи СНз знаходяться по одно сторону від площини ланцюга:

- СН2 - СН - СН2 - СН - СН2 - СН - СН2 - сн -

СНз

СНз

СНз

СНз

В дійсності однак, макромолекули ізотактичного поліпропілену мають критичну симетрію, тому що групи СНз удовж головного вуглеводного ланцю­га розташовані по спіралі.

Б) сіндіотактична структура - групи СНз розташовані строго послідовно по різні сторони від площини ланцюга:

СНз

СНз

СНз СНз

Ізотактична та сіндіотактична молекулярні структури можуть характеризуватися різною степенню досконалості просторової регулярності

В) атактична структура - структура з неупорядкованим розташуванням метальних труп:

СНз СНз СНз

С2 - СН - СН2 - СН - СН2 - СН - СН2 - СН -

СНз

Проміжне положения між чисто атактичною та чисто ізотактичною структурами займають стереоблокполімери, в макромолекулах яких ре­гулярно чередуються різні по довжині ізотактичні та атактичні ділянки. Стереоізомери поліропілену ізотактичш, сіндіотактичні, атактичні та стереоблочні) суттево розрізняються по механічним, хімічним та фізичним властивостям. Атактичний поліпропілен представляе собою каучукоподібний продукт з високою текучістю, температура плавления =80 С, густина 0,85 г/см, добре розчиняється в діетиловому ефірі i в холодному н-гептані. Ізотактичний поліпропілен по своім властивостям вигідно відрізняється від атактичного, а саме, він володіє більш високим модулем пружності, бшыною плат-шстю (0,9 - 0,91 г/см), високою температурою плавлення (165 - 170 С), кра­щою стійкістю до дії хімічних реагентів i т.п. На відміну від атактичного полімеру він розчиняється лише в деяких органічних розчинниках (тетраліні, декаліні, ксилолі, толуолі), причому тильки при температурі вище 100С.

Поліпропілен володіє цінним поєднанням властивостей, які привертають увагу багатьох дослідників, що працюють як в області теорії макромолекулярної хімії і фізики, так і в області переробки та застосування полімерних матеріалів,

Основний вплив на властивості поліпропілену та виробів з нього виявляє молекулярна та надмолекулярна структура полімерного ланцюгу.

Поліпропілен характеризується більш складною молекулярною струк­турою, ніж більшість виробляємих промисловістю полімерів, тому що , окрім хімічного складу мономера, середньої молекулярної ваги та молекуля­рно вагового розподілу, на його структуру оказує вплив розташування бокових груп по відношенню до головного ланцюга. В технічному відношені найбільш важливий ізотактичний поліпропілен.

При оцінці придатності поліпропілену для той чи іншої цілі первічне значення здобувають його механічні властивості. Очевидно, що полімер з низьким модулем пружності, тобто з малою жорсткістю, не можна рекомендувати для виготовлення технічних деталей, що підвержені великим механічним навантаженням, і, навпаки, полімер з великою жорсткістю оказується непридатним там, де матеріал повинен володіти властивостями поглинання коливань з відносно високою амплітудою.

Поліпропілен завдяки своій парафіновій структурі володіє високою стійкістю до дії різних хімічних реагентів, навіть у високих концентраціях. При нормальній температурі ізотактичний поліпропілен добре протистоїть дії органічних розчинників навіть при тривалому перебуванні в них. Однак будьяке порушення правильності структури ланцюгів, що проявляється в зменшенні степені кристалічності поліпропілену, викликає зниження стійкості до розчинника.

Чистий поліпропілен атактичної та ізотактичної структури фізіологічно безпечний.

Виготовляеться дуже багато сортів поліпропілену з різноманітними властивостями. Практично не існує поліпропілену загального призначення, який би з однаковим успіхом використовувався, наприклад, як для виробниц­тва волокна, так i для виготовлення деталей машин або плівки. Успішне застосування полліропілену для той чи іншої цілі передбачає правильний вибір композиції, яка по своїм властивостям найбільш відповіда умовам перероб­ки, призначенню виробу i основним вимогам до його конструкції.

Поліпропілен володіє уіма необхідними властивостями для застосування в області тари та упаковки.

4 ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ ЛИСТОВИХ ТЕРМОПЛА-

CTIB

4Л Класифікація формуючого обладнання

Основним параметром формотворних машин заведено вважати макси-мальний розмір їx зажимних устроїв i найбільшу глибину формування. Кла­сифікація приведена в табл. 4.1

Таблиця 4.1 Класифікація формотворних машин.

Найбільш поширена класифкація обладнання для формування листо­вих та плівочних термопластів по кількості позицій, на яких здійснюються ті чи інші технологічні операції. По цьому признаку всі машини можна поділити на одно - та багатопозиційні . Багатопозиційні машини можуть бути осна­щені однорідними позиціями різного призначення. На машинах з однорідними позиціями ті ж самі технологічні операції (наприклад, операції оформлен­ня та охолодження виробів) проходять одночасно на декількох позиціях. На багатьох машинах з позиціями різного призначення на кожній цій позиції проводяться свої, притаманні тільки цій позції технолопчні операції. Ці машини в залежності від траекторії матеріалу, що переробляеться поділяють на карусельні, стрічкові і барабанні.

4.2 Однопозиційні машини

Однопозиційними називають такі формотворні машини, на яких всі технолопчні операції здійснюються на тих самих дільницях агрегату. Найчастіше ці машини бувають універсальними з ручним чи півавтоматичним управлінням. Зустрічаються однопозиційні машини, що наділені механізмами вирубки виробів.

4.3 Багатопозиційні машини з однорідними позиціями

Багатопозиційні пневмо - , вакуум формотворні машини відрізняються тим, що технолопчні операції здійснюються одночасно на різних ділянках агрегатів. Так, щоб не переміщати зажимний устрій з негативним листом, випускаються двопозиційні пнемо -, вакуум формотворні машини, наділені двома формотворними устроями та одним нагрівачем. Нагрівач горизонталь­но переміщується від одного формотворчого устрою до іншого, так що в час формування, охолодження, зняття виробу та закріплення заготівок можна здійснювати нагрів листа на іншій позиції. Такі машини працюють, як прави­ло, у полу автоматичному режимі.

Деякі фірми випускають трьох позиційні машини для переробки товстолистових матеріалів. Ці машини і зараз експлуатуються, але випуск їх припинено у зв'язку з тим, що для переробки товстолистових матеріалів ,економічно та більш вигідно застосування багато позиційних машин з позиціями piзнoro призначення.

Багато позиційні машини з однорідними позиціями застосовуються тільки для переробки листових матеріалів, так як тонкі рулонні матеріали нагріваються порівняно швидко i час його розігріву не перекривае час закріплення заготівки, формування, охолодження i знімання виробу. Машини цього типу по призначенню універсальні. Найбільш часто вони застосовуються для вакуумного чи комбінованого формування, рідше - для пневмонічного.

Формуюче обладнання цього типу найбільш розповсюджено, що пов'язано з високою продуктивністю машин подібного роду та з можливістю робити 'ї'x напівавтоматичному та автоматичному режимах.

Для переробки товстолистових матеріалів найбільше розповсюдження отримали карусельні машини. Листовий матеріал, що переробляється здійснює кругове циклічне переміщення від позиції до позиції.

Найпростша машина карусельного типу є двопозиційна машина.

На діаметрально протилежних сторонах ротору, що обертаеться закріплені дві зажимні рами. Доки на одній з позицій здійснюється формування ви­робу, його охолодження, знімання та укладка нової заготівки, на другій пози­ції іде процесс нагріву листа. Принцип роботи цих машин аналогічний прин­ципу роботи трьох - i чотирьох позиційних машин карусельного типу.

Bci машини карусельного типу працюють в напівавтоматичному режимі i для роботи з рулонними матеріалами не придатні . По призначенню ix можна віднести до машин комбінованого типу - заміна номенклатури виробів, що формуються на цих машинах можлива в широких межах, але при пе­реході з одного виробу на другий необхідна суттєва переналадка машини.

4.4 Багатопозиційні машини з позиціями різного призначення

Для формування виробів з рулонних матеріалів призначені також багатопозиційні машини стрічкового типу.

На рис 4.1 приведена схема такої машини з горизонтальним формуючим вузлом. Машина призначена для роботи в автоматичному циклі, який складається з операції формування тари i вирубки тари. Агрегат складається з механізмів розмотки рулонного матеріалу 1, камери з інфрачервоним нагрівачем 2, вузла формування 3, механізму вирубки 4, механізму намотки відходів 5, транспортеру 6, приймального бункеру 7.

3 механізму розмотки стрічка термопласта потрапляє в зону нагріву. Потім за допомогою шагового механізму протяжки, нагріта дільниця стрічки потрапляє у вузол формування, де здійснюється оформлення виробів у багатогніздній формі та їx охолодження. По закінченню формовки матриця i пу­ансон розводяться за допомогою пневмоциліндрів, а ділянка стрічки разом із відформованими у ньому виробами (дрібною тарою) проходять в зону, де здійснюється вирубка готової тари з стрічки термопласта (перфорована стрічка термопласта намотується в рулон механізмом намотки вщходів). При цьому тара потрапляє на транспортер i звідти в приймальний бункер.

4.5 Потічнi лінії і спеціалізовані машини

Один з суттєвих недоліків метода формування листових i плівочних матеріалів - відносно висока вартість листа i плівки. Kpiм того, формування виробів на описаному вище обладнанні пов'язано якби з подвійними енергетичними витратами, адже при отримані листів i плівки методом екструзії або вальцювання вони виходять з машини, що переробляє розігрітими до те­мператури BE стану, тобто до температури, при якій їx можна формувати. Потім листи i плівка на спеціальних устроях охолоджуються, упаковуються i транспортуються на формування, а в процесі формування знову витрачається енергія на їx розігрів до BE стану. Цей недолік ліквідується при застосуванні автоматичних ліній, в склад яких входять вальці або екструдер, що виготовляє листовий матеріал, i формотворна машина (найчастше багатопозиційна стрічкового типу).

Робота екструдеру, вакуумформовочного обладнання i виробного проце­су повинніі бути строго синхронними.

Для кращої обробки поверхні листа часто в лінію включають трьохвальковий колібровочний устрій. В цьому випадку вакуумформовочна машина повинна мати ділянку вторинного нагріву листа.

До достоїнств машин типа "екструдер - формуючий агрегат" можна віднести зниження енерговитрат, рівномірність нагріву листа, зниження витрат на транспорт i обробку вихідного матеріалу, а до недоліків - важкість управління i необхідність точної синхронтзації роботи окремих вузлів агрегатів.

5 ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОПЧНОЇ ОСНАСТКИ

Машини стрічкового типу працюють в автоматичному режимі i дуже продуктивні. В останній час їx випускають, не тільки для виробництва дрібної тари, але й для формування виробів середніх габаритів. Машини стрічкового типу мають вакуумний пневматичний, механічний і комбшований вузли формування.До багатопозицційних машин з позиціями різного призначення слід також віднести машини, в яких формування i охолодження виробів здійснюються на одній позиції, а нагрівання на іншій.

5.1 Розмітка листової заготівки

Обладнання DOGA - VAG

Розміри прижимної рами, см 41/40,5

Розрахунок необхідних розмірів листової заготввки для трьох видів од­норазової тари, [1].

Де L - розмір листової заготівки, см, n - число виробів розташованих уздовж шуканої сторони заготівки, 16,1м,1т - розмір виробів (відповідно стака­на на 100 мл., стакана на 50 мл., таршки), см, z - припуск на зажим z = 1 см , zl - відстань між гніздами, zl - 2 см , Y -усадка заготівки при нагріванн1 (усадка удовж листа Y , усадка упоперчному напрямку Y1 ). 16 = 6,6 см, 1м = 5,2 см, 1т = 15,2 см 1.1 Для одноразового стакану на 100 мл: 1.1.1. Довжина робочого столу:

1.1.2 Ширина робочого столу:

1.1.3. площа поверхн1 S = L L1 S=см²

Гнізднність форми для отримання одноразових стаканів на 100 мл дорівнює:

1.2. Для одноразового стакану на 50 мл:

1.2.1. Довжина робочого столу:

L=

1.2.2. Ширина робочого столу:

L1=

1.2.3. Площа поверхнні:
S=L۰L1

Гніздність форми для отримання одноразових стаканів на 50 мл дорінює:

1.3. Для одноразової тарлки:

1.3.1. Довжина робочого столу:

L= см

1.3.2. Ширина робочого столу:

L1=см

1.3.3. Площа поверхні:
S=L۰L1=cm

Гніздність форми для отримання одноразових таршок дорівнюе: - гнізда.

5.2 Закріплення заготівки

Герметизація листа зажимною рамою здійснюється за допомогою прокладки з теплостійкої пористої гуми, закршленої в пазу рами. Максимальний розмір зажимної рами є основним параметром термоформуючої машини.

Сила F (в Н),що зажимає лист при формуванні, визначається за формулою:

Де - розтягуюче напруження, що з'являеться в лисп при формуванш, Па, - товщина листу, м, П - периметр зажимного листу, м, f--коефіцієнт тертя листу - пориста гума.

П=2 (а +b)

F=

Зажимного устрою в 5,5 10 Н досить для надійного закріплення листів будь-яко'ї товщини та жорсткості при формуванні будь-яким методом

5.3 Нагрівання листових заготівок

Найбільш часто для нагрівання листів застосовують інфрачервоні нагрівачи. При такому нагріванні по товщині листа з'являеться великий температурний градієнт. Різність температур на поверхні листа залежить від потужності нагрівача, товщини листа та його теплопровідності.

В якості нагрівача використовують елементи опору, виготовлених з ніхромової проволоки, стрічок або стержнів.

Проволочні елементи зі скляною ізоляцією мають максимальну температуру поверхні 643 - 693 К. Питома потужність таких нагрівачів при максимальній температурі дорівнює 2,2 - 3,3 Вт / см. Керамічна ізоляція дозволяє підняти температуру поверхні нагрівача до 873 К, а питому потужність довести до 6 Вт / см. Недоліком керамічної ізоляції є велика маса нагрівача.

Робоча температура стрічкових та стержневих нагрівачів складае 773 - 1073 К. Їх питома потужність залежить від густини монтажу окремих елементів i досягає 10 Вт /см.

Робоча температура трубчатих нагрівачів досягае 1023 - 1273 К.

Вольфрамова спіраль кварцових випромінювачів, трубка яких заповнена інертним газом, нагрівається до 2473 К. Ці нагрівачи працюють в короткохвильовому діапазоні інфрачервоного випромінювання. Вони володіють малою інерційністю та високим КПД.

В будь-якому випадку конструкція нагрівачів повинна бути та­кою, щоб зміна величини поверхні обігріву ( за рахунок відключення частини елементів) забезпечило відповідність поверхні робочої (теплової) зони нагрівачів, поверхні будьякого установленого в даний момент зажимного устрою.

5.4 Розрахунок часу нагріву заготівки

Час нагріву листової заготівки розраховується за формулою:

По даним [1] питома теплоемкють С=3,853 ( в кДж / (кг К)).

Поверхня заготівки, що звернена до випромінюючого нагрівача, нагріваеться із-за малої температуропроводності термопластів набагато швидше внутрішніх шарів матеріалу i тим паче швидше оборотної поверхні листа. В результаті на поверхні термопластичного листа може початися термічне розложення термопласту, в той час як інша частина матеріалу ще не встигає перейти з склоутворчого стану в BE. Збільшення інтенсивності обігріву не приводить до позитивних результатів, в насліідок того, що поверхнева термодеструкція починає іти швидше. Тому потужність матеріала при односторонньому обігріві не повинно перевищувати 15-20 кВт /м. Слід пам'ятати, що температура нагрівачів випромшювання, як i відстань їх від поверхні листа, може регулюватися.

5.5 Формування Bиробів

Формування виробів відбуваеться внаслідок витяжки листа під дією атмосферного тиску повітря при вакуум формуванні та під дією зжатого повітря при пневматичному формуванні, а також за рахунок підсилення пуа­нсона при механічній витяжці листа.

Швидкість витяжки гарячої запготівки звичайно регулюється витратою повітря, що подається в форму або продуктивність вакуум-насоса.

При виготовленні виробів швидкість формування звичайно нижче, ніж при формуванні неглибоких виробів, тому що при більшій глибині витяжки високі швидкості приводять до розриву заготівки.

Розраховуемо об'ем форми:

V F = S*H=м

Значения параметрів пневмосистеми, що забезпечуе оптимальні умови формування. Приведені в табл. 5.1

Час формування визначається часом отвода повітря з порожнини фор­ми. Якщо нехтувати опором трубопроводу, то час отсосу повітря з форми дорівнюе об'єму форми - V F, поділейному на продуктившсть насосу W та помноженному на коефіццєнт зміни тиску Кр: Кр=Рр./Рк =

Час формування при застосуванні попередньої витяжки листа:

Де V F - об'ем форми (матриці) ,м, W - продуктивнють вакуум-насосу, м/с, Кр - коефіціент зміни тиску.

Таблиця 5.1 - Параметри пневмосистеми, що забезпечують оптимальні умо­ви формування при розмірі форми (410 - 405) мм.

5.6 Розрахунок товщини стінок сформованих виробів

Процес формування оцінюється коефіцієнтом витяжки або ступінню витяжки.

Досить точні методи розрахунку зтоншення листово'ї заготівки при формуванні розроблені лише для простих виробів i не торкають глибоко фізичних властивостей термопластів, що переробляються. Це в основному випадку виготовлення виробів з осевою симетрією методом контактного формування та методом вільного видування сферичних та напівсферичних оболонок.

Розрахунок зтоншення листової заготівки при негативному формуванні виробів - одноразового стаканчика - робимо по наступнш формул!:

Де - товщина виробу в поперечному розтині, проведениям на відстані 1 площини більшого основанія усеченного конусу, що вимірюється уздовж утворюючої, f, m - геометричні коефіціенти форми:

Де - кут нахилу утворюючої до площини основи,

- коефіцієнт утяжки, що характеризує утяжку матеріалу із-під зажи­много устрою,

- коефіцієнт, що характеризуе стцпінь охолодження формуеємого листа після його контакту зi стінками матраці,

R,мм, - радіус більшої основи усіченого конусу,

м

5.7 Охолодження виробів

Охолодження виробів може здійснюватися отводом теплоти стінками форми, обдувом стислим повітрям або комбінованим способом. Час охоло­дження залежить від температури форми, товщини стінки виробу та темперотуропроводності матеріалу. При дуже різкому може статися коробіння виробів. Низька температура форми затруднює оформлення ребер та гострих кутів, при високій температурі форми на виробі після його вилучення можуть з'явитися гофри або складки , визвані нерівномірною усадкою листового матеріалу. При формуванш виробів з жорстких полімерів усадка може приве­сти до розтрюкування виробів.

Для забезпечення жорсткості виробу та виключення його деформації після вилучення з форми вважають , що температура в кінці видержки при охолодженні повинна бути не вище температури скловання для аморфних полімерів i не вище теплостійкості по Мартенсу для кристалічних полімерів.

Температуру поверхні, що охолоджуеться можна визначити за рівнянням:

6 ЕНЕРГЕТИЧН1РОЗРАХУНКИ 6.1 Розрахунок нагрівального устрою

Приблизно тривалість нагрівання листової заготівки можна розрахувати, визначив тепловий потік, що випромінюється нагрівачем. В відповідності з законом Стефана-Больцмана інтенсивність випромінювання

можна визначити за формулою:

Де Cs - константа випромшювання абсолютно чорного
тша, е=0,8 - 0,9 - приведена ступінь чорноти для паралельних поверхонь
пластика та радіаційного нагрівача(е=0,8), - коефіціент використання лучи-
стого потоку, який залежить від співвідношення розмірів заготівки і нагріва-
ча, а також від відстані між ними, Sh - загальна площина нагрівача.

а,в- довжина і ширина зажимної рами, м, Т1 - температура на поверхні нагрівача, К, Т2 - середня температура листової заготівки за цикл нагрівання, К. т 2=(Тк+Тн) /2= К

Тн, Тк - початкова i кінцева температура листової заготівки, К

Кількість лучистої теплоти, яку повинна отримати полімерна заготівка, щоб нагрітися до температури Т2, визначають за формулою:

кДж

Де S - площина листової заготівки, - товщина заготівки, - густина полімерного листа, С - середнє значення питомої теплоємкості в інтервалі розігріву.

6.2 Розрахунок формотворної машини

Роботу формування розрахуємо за формулою:

Швидкість витяжки листа зазвичай регулюєься витратою стиснутого повітря, що подається в форму , або продуктивністю вакуум-насоса. Це досягається дроселюванням регульованого клапану.

7 РОЗРАХУНОК ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИРОБНИ­ЦТВА

На пневмо- та вакуум-формовочних машинах, як правило, виготовляється штучна продукція. При цьому всі виробничі операції циклічно повторюються.

При розрахунку пневмо- , вакуумформовочноТ машини звичайно визначають три основних циклу: технолопчний, енергетичний та робочий.

При розрахунку багато позиційної машини " DOGA-VAG " час робочого циклу розраховується за формулою:

Де - час нагтлву шпвки, с, - час переміщення плівки з позиції на позицію,с. Для розрахунку часу циклу використовується час плівки як самий довгий процес . Штучна продуктивність вакуумформовочної машини розраховується таким чином: Для одноразового стакану на 100 мл:

Для одноразового стакану на 50 мл:

Для одноразової тарілки:

При оргашзації виробництва в одну зміну (8 ч) продуктивність складає: Пс=П*8

Для одноразового стакану на 100 мл: Пс =П * 8=шт / зміна

Для одноразового стакану на 50 мл: Пс = П*8 = шт / зміна

Для одноразової тарілки: Пс = П * 8 = шт / зміна

Для організації виробництва у 2 зміни (16 ч) продуктивність складає:

Для одноразового стакану на 100 мл:

Пс = П 15,5 = шт.

Для одноразового стакану на 50 мл:

Пс = П 15,5 шт.

Для одноразової тарілки:

Пс = П 15,5 = шт.

Штучна продуктивнють за рис рахується за формулою:

Пг = Пс N m

Для стакану на 100 мл: Пг = т.

Для стакану на 50 мл: Пг =т.

Для таршки: Пг =т.

Де П - часова продуктивнють машини, N - кількість робочих днів в році , m - маса виробу.

Однією з характеристик, що визначають раціональнють конструкції виробу, формуючого інструменту, є коефіціент використання матеріалу:

Де Sh – площа більшої основи всіченного конусу, S3- площа заготів­ки, n - гніздність форми.

Для стакану на 100 мл:

Для стакану на 50 мл:

Для таршки:

Продуктивнють формотворних машин залежить від тривалості робочого циклу обладнання та розраховується наступним чином:

а) по сировині:

де - коефцієнт використання обладнання по часу, Y- площа формуємої заготівки, - товщина заготівки, - густина термо­пласта,

б) по готовій продукції:

Де, -площа більшої основи всіченого конусу;

-площа заготівки

-гніздність

Для стакану на 100 мл:

=

Д=

Для стакану на 50 мл:

=

Д=

Для тарілки:

=

Д=

8 РОЗРАХУНОК KIЛЬKOCTІ ОБЛАДНАННЯ

Кількість обладнання , що потрібна для виробництва т:

одноразових стаканчиків на 100 мл,

одноразових стаканчиків на 50 мл,

одноразових тарілочок,

Рахуємо за формулою:

А = Nn / Пг,

Де Nn - вихідна продуктивність, Пг - продуктивність апарату.

Для стаканів на 100 мл:

А = Nn / Пг= машин

Для стаканів на 50 мл:

А = Nn / Пг= машин

Для тарілки:

А = Nn / Пг= машин

Загальна кількість обладнання в цеху: аппаратів для виробництва т. продукції.

На 100 мл - машин

На 50 мл - машин } машин

Для тарілок - машин

9 КОНТРОЛЬ ВИРОБНИЦТВА

Дефекти виробів, що виникають при пневмо- та вакуумформуванні, можна поділити на дефекти вихідної сировини, дефекти нагріву та дефекти формування.

Дефекти матеріалу - це різнотовщинність листа i неправильна орієнтація структури в заготівці. Більш тонкі ділянки листа нагріваються сильніше i провисають більше, в результаі трапляється місцевий перегрів і деструкція матеріалу. Внаслідок нерівномірного провисания листу трапляється утоншіння при витяжці,. А іноді i розриви заготівки.

Якщо при розкрої та розташуванні заготівки в зажимному устрої не враховувати орієнтацію вихідного листового матеріалу, отриманную ним при його виробництві, то можна отримати вироб неоднорідний по товшині, деформаційним властивостям та величині залишкових напружень.

Дефекти нагріву визиваються в основному коливаннями температури нагрівачів, що виникають внаслідок коливань напруження в сіті, протягу, а також інерції нагрівальних устроів.

До дефектів власне формування відносять: утворення зморшок та пузирів на поверхні виробів, зміна кольору від перегріву формуємого листу. Недооформлення виробу, його присипання до форми i т.п.

Вироби, що отримані пнемо- та вакуумформованням, особливо якщо вони призначені для монтажу у вузлах, повинні мати точні допуски. Стабільності розмірів зaпoбiraє усадка i коливання усадки отформованних виробів.

Для визначення зміни оптичних властивостей прозорових матеріалів при їх формуванні зразки підвергають діянню навантажень, а потім проводять стандартні досліди оптичних властивостей.

Враховуючи специфіку роботи того чи іншого виробу, іноді проводять дослщи матеріалу на стійкість до ультрачервоних випромінювань, оцінюють його газопроніцаємість та водопоглинання Досліджують запах,. матеріалу.

Готові вироби пред'являють до прийому партіями. Партією вважають визначене число виробів одного наіменування, одночасно поступаючих на контроль.

Контроль геометричних розмірів проводиться вибірково. Перевірка розмірів виробів проводиться універсальними контрольно- вимірними інструментами, що забезпечують необхщідну точшність.

висновок

Розроблено дільницю цеху по виробництву одноразової тари з поліпропілену методом вакуум формування з річною продуктивністю т.

Дана характеристику основного i допоміжного обладнання, розрахована необхідна кількість обладнання для виконання різної програми, дана ха­рактеристика матеріалу, виробів, проведений розрахунок продуктивності ва­куум формуючого апарату, потужності, споживаної вакуум формуючим апаратом, енергетичні розрахунки оснащення апарату

.

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1. А. С. Шембель, О.М.Антипина. Сборник задач и проблемных ситуации по технологии переработки пластмасс. Ленинград : Химия, 1990

2. Т. И. Резниченко, Л. Ф. Подгорная. Расчет оборудования по производ­ству и переработке полимерных материалов в примерах и задачах. Учебное пособие. Х.:ХГПУ , 1994

3. П. В. Аникин. Изготавливаем полимерную тару // Упаковка, 2002. №2. с 24-25

4. А. Д. Яковлев. Технология изготовления изделий из пластмасс. -Л.:Химия, 1977.

5. М. Г. Соломенко, В. Л. Шредер, В. Н. Кривошей. Тара из полимерных материалов. Справочное издание. - М.: Химия, 1990.

6. Р. В. Торнер. Теоретические основы переработки полимеров. - М.: Хи­мия, 1990

7. К. А. Салазкин, М. А. Шеришев. Машины для формования изделий из листовых термопластов. - М. Машиностроение, 1997