Физико-химические процессы
1. В материальном цилиндре ТПА при транспортировке материала от бункера к соплу происходит его интенсивное перемешивание, расплавление (пластикация). Цилиндр может быть условно разделен на 3 зоны: зона загрузки, зона пластикации, зона дозирования.
а) В зоне загрузки твердые частицы материала захватываются витками червяка и транспортируются вперед. Условия транспортировки материала в этой зоне зависят от параметров червяка, температуры цилиндра и червяка, формы гранул. Уже здесь материал перемешивается в результате смещения слоев. Увеличение диаметра червяка и глубины канала в зоне загрузки приводит к повышению производительности.
б) В зоне пластикации, по мере продвижения вдоль цилиндра, материал разогревается и размягчается. В этой зоне материал из твердого переходит в вязко-текучее состояние и одновременно состоит из твердых и проплавившихся гранул. При дальнейшем продвижении вперед гранулы смешиваются с расплавом и тоже плавятся. Размягчение материала сопровождается его уплотнением в межвитковом пространстве. Сжатие материала достигается изменением глубины канала. Степень сжатия для аморфных полимеров 1,5 – 2,5.
в) В зоне дозирования материал полностью находится в вязко-текучем состоянии. Здесь материал разогревается и приобретает заданную температуру. Циркуляция расплава в каналах червяка создает условия для хорошего перемешивания. Расплав подвергается интенсивным деформациям сдвига, что способствует выделению тепла.
Их червяки имеют длину на 30-40% меньшую, чем у экструдера.
2. Процесс формования изделий в литьевой форме начинается с момента поступления материала в форму. Форма охлаждается, что вызывает охлаждение и усадку материала. В результате затвердевания материала в литниковом канале форма изолируется от цилиндра. Дальнейшее охлаждение изделия в форме продолжается без притока новых порций из цилиндра и давление в форме снижается. Если сопло отводят до полного затвердевания литника, то снижение давления ускоряется из-за обратного истечения материала. После охлаждения изделие извлекается.
Основными факторами, влияющими на процесс заполнения формы, являются свойства и температура материала., давление, конструкция формы. Если форма подогрета до высокой температуры, то условия заполнения облегчаются, и давление для заполнения формы снижается.
Для заполнения форм сложной конфигурации требуются более высокие скорости литья. При этом необходимо повысить давление литья и повышенное усилие запирание формы. Давление литья влияет на качество изделий. Изменение выдержки под давлением способствует повышению плотности отливки, но при этом отливку трудно извлечь из формы. Так же это приводит к повышению скоростей впрыска, к более плотной компоновке молекул, что повышает качество изделий (повышается прочность при растяжении, сжатии, изгибе; повышается ударная вязкость, уменьшается усадка).
3.2.2 Влияние различных факторов
Переработка литьем под давлением заключается в нагреве материала до размягчения и последующего перехода в вязко – текучее состояние, в инжекции (впрыске) расплава в форму, где материал приобретает необходимую конфигурацию и затвердевает, так как в каналах формы циркулирует вода.
Основными параметрами процесса литья под давлением являются:
1. температура литья (Т литья); 4. Время цикла (t цикла);
2. давление литья (Р литья);
3. температура формы (Т формы);
Кроме этих параметров на процесс литья так же оказывают влияние форма и размеры изделия, конструкция литниковой системы, свойства материала (вязкость, термостабильность, релаксационные свойства).
1) Температура литья – определяет текучесть расплава, плотность, степень ориентации макромолекул полимера при течении в форме. Текучесть должна быть достаточной для заполнения гнезд формы и точного воспроизведения их конфигураций.
Слишком высокая температура литья может привести к интенсивной термодеструкции, а следовательно к низкой прочности, эластичности, изменению цвета. Полимерные материалы плохо проводят тепло, поэтому для обеспечения оптимальной производительности материального цилиндра разность температур между стенками и расплавом должна быть значительной.
Чем выше температура, тем меньше вязкость расплава и тем легче передается давление и заполняется форма. Снижение температуры расплава может привести к необходимости увеличения времени пребывания сырья в цилиндре. Это может снизить производительность машины.
2) Давление литья – создается червяком узла пластикации. Под давлением материал, расплавляясь, проходит через материальный цилиндр и заполняет полость формы. Повышение давления, действующего на расплав в материальном цилиндре приводит в повышению скорости впрыска и заполнению формы.
3) Температура формы – зависит от температуры литья. Чем выше температура литья, тем выше температура формы.
4) Время цикла – определяется технологическими требованиями: временем заполнения формы, временем охлаждения изделия и машинным временем: время смыкания формы, время подвода и отвода сопла, время смыкания и размыкания формы. Машинное время является паспортной характеристикой машины, технологическое время устанавливается опытным путем.
Продолжительность цикла может быть подсчитана, как сумма промежутков времени, затраченных на все операции.
3.3 Ведение технологического процесса на фазе
Работа термопластавтомата (далее ТПА). Перед изготовлением изделий на термопластавтомате КУАСИ – 1800/400 слесарь-наладчик устанавливает необходимую пресс-форму в режиме "Наладка". Проверяет наличие масла в баке маслостанками через смотровое стекло уровнемера, а также наличие смазки в узлах подвижной плиты и направляющих колонн. В режиме "Ручное управление" кнопками управления проверяют действие функций аппарата, наличие материала в бункере. Проверяют срабатывание блокировок и аварийного выключения.
Пускает ТПА в работу в режиме "Автомат" или "Полуавтомат".
Аппаратчик подбирает требуемую порцию материала установкой конечного выключателя в нужное для этого положение. Материал загружается в бункер ТПА и при вращении червяка материал из бункера захватывается и перемещается вперед. В цилиндре материал нагревается, пластицируется и нагнетается в переднюю часть цилиндра перед соплом. Изготовление изделий ведут при следующих параметрах работы машины, указанных в таблице 5.
Таблица 5. Технологические параметры литья
| Параметры | ПЭВП |
| Т литья, °С | 60 - 170 |
| Т формы, °С | 20 - 60 |
| Р литья, МПа | |
| Усадка, % | 1 - 2 |
Температура обогрева материального цилиндра указана в таблице 6.
Таблица 6. Температура обогрева по зонам материального цилиндра
| Номер зоны | Температура, °С |
| 60 – 110 | |
| 60 - 120 | |
| 60 - 140 | |
| 70 - 170 |
Под давлением расплавленного материала червяк отходится назад из установленного положения, зависящего от объема набираемой порции. После накопления определенной порции вращение червяка прекращается.
Форма смыкается, материальный цилиндр с соплом подводится вплотную к неподвижной полуформе, сопло соединяется с литниковым каналом формы, червяку сообщается движение вперед и он впрыскивает расплав в литьевую форму. Расплав в форме выдерживается под давлением.
Это необходимо для материала, для компенсации усадки и предупреждения обратного движения расплава из формы. По окончании выдержки под давлением червяк, вращаясь, отходит назад, при этом набирая новую порцию материала для следующего цикла литья.
Так как форма охлаждается, то изделие затвердевает, форма раскрывается, изделие извлекается.
В случае, если изделия автоматически не удаляются, термопласт автомат отключают, изделия удаляют вручную, термопластавтомат вновь включают в работу.
3.4 Характеристика оборудования
1) Основное оборудование.
Фасонные части типа «Тройник» отливаются на термопластавтомате марки КУАСИ – 1800/400. Характеристики данного ТПА указаны в таблице 7.
Таблица 7. Характеристики ТПА марки КУАСИ – 1800/400
| Техническая характеристика | Значение |
| 1. Усилие запирания, тс | |
| 2. Ход подвижной плиты ,мм | |
| 3. Высота установочного инструмента, мм: − наибольшая − наименьшая | |
| 4. Расстояние между колоннами, мм: − горизонтальная − вертикальная | |
| 5. Наименьшее время запирания и раскрытия, с, не более | 1,2 |
| 6. Объем впрыска, см3 | 75 - 95 |
| 7. Давление литья, кгс/см 2 | |
| 8. Температура пластикации до, оС | |
| 9. Размер гранул не более, мм | |
| 10. Наибольшее расстояние между подвижной и неподвижной плитами, мм | |
| 11. Усилие выталкивателя, тс | 1,9 |
| 12. Скорость впрыска , см3/с | 55,7 |
| 13. Пластикационная производительность, кг/ч | |
| 14. Температура по зонам нагрева литьевой машины, оС − 1 зона − 2 зона − 3 зона − 4 зона | |
| 15. Давление впрыска, кгс/см2 | |
| 16. Выдержка под давлением, с | |
| 17. Выдержка при охлаждении, с |
ТПА марки КУАСИ – 1800/400, как и любое другое электронное оборудование не защищен от неполадок. Основные неполадки в работе и меры по их устранению приведены в таблице 8.
Таблица 8. Основные неполадки в работе ТПА марки КУАСИ – 1800/400 и меры по их устранению.
| Возможные неполадки | Причины неполадок | Способы устранения |
| 1. Нет впрыска из сопла | Не поступают гранулы в полость шнека | Проверить поступление гранул в загрузочное отверстие, протолкнув гранулы в отверстие и произвести повторный впрыск. |
| 2. Изделия не извлекаются из формы | а. Недостаточное охлаждение в литьевой форме | Уменьшить температуру или увеличить расход воды в форме. |
| б. Малая выдержка под давлением | Увеличить выдержку под давлением в литьевой форме, удаление застрявшего изделия осуществляет слесарь-наладчик. |
2) Вспомогательное оборудование
Использующееся вспомогательное оборудование, назначение и краткие характеристики указаны в таблице 9.
Таблица 9. Вспомогательное оборудование и его назначение
| Наименование | Назначение | Краткие данные |
| Гравиметрический смеситель OPTI-MIX 50 | Смешение компонентов и их автоматическая дозировка в бункер | 1. Производительность: 50 кг/ч; 2. Максимальное количество компонентов: 4. 3. Отклонение в точности дозировки, не более: ± 0,01% |
Продолжение таблицы 9.
| Наименование | Назначение | Краткие данные |
| Измельчитель | Измельчение литников и забракованных изделий | 1.Производительность: 80 – 120 кг/ч; 2.Диаметр рабочей камеры: 580 мм; 3.Объем рабочей камеры: 180 дм3; 4.Частота вращения ротора: до 1500 об/мин. |
| Линия гранулирования пластмасс на базе дискового экструдера ЛГП-40 | Переработка полимерных отходов в гранулы | 1.Производительность линии: не менее 40 кг/ч; 2.Экструдер дисковый ЭД-200: диаметр диска – 200 мм, диаметр червяка – 45 мм, диаметр фильер – 5 мм, частота вращения диска – 110 об/мин |
4. Мероприятия по обеспечению выпуска качественной продукции
Виды брака и дефектов, способы исправления дефектов и предотвращения брака указаны в таблице 10.
Таблица 10. Дефекты литьевых изделий и способы их устранения.
| Дефекты | Причины | Способы устранения |
| 1. Полосы и продольные пузыри на поверхности детали | Влажность материала | Подсушить сырье |
| 2. Матовые пятна на поверхности изделий | Перегрев расплава | Снизить температуру расплава, полирование литниковых каналов |
| 3. Темные полосы на поверхности изделия | Местный перегрев материала; наличие мертвых зон в цилиндре или сопле | Снизить температуру расплава; ликвидация мертвых зон |
| 4. Темные разводы и воздушные пузыри | Своевременно не удален, попавший в цилиндр воздух | Повысить давление пластикации |
| 5. Пустоты в изделии | Сильный нагрев воздуха, попавшего в форму | Улучшение условий выхода воздуха из формы, снизить скорость впрыска |
| 6. Местный пережог детали | Сильный разогрев попавшего в форму воздуха, его сжатие и, как следствие пережог материала | То же |
| 7. Загрязнение изделия | Попадание в материал посторонних частиц или наличие задиров на поверхности цилиндра | Контроль за чистотой материала, поступающего в бункер |
| 8. Пленка или пятна на поверхности изделия | Соприкосновение расплава с маслом, чрезмерная смазка формы. | Проверка чистоты цилиндра, очистка формы, уменьшение смазки. |
| 9. Недоливки | Малая порция впрыска, низкая температура расплава, низкая температура формы, низкое давление литья | Повысить порции впрыска, температуру расплава и формы, давление литья |
Продолжение таблицы 10
| Дефекты | Причины | Способы устранения |
| 10. Волнистая поверхность, удаленной от литника части изделия | Охлаждение расплава в процессе течения | Повысить температуру материала и скорость впрыска |
| 11.Линии на поверхности детали | Нарушение течения материала, неравномерное заполнение формы | Проверка режима заполнения формы |
| 12. Пузыри в виде белых включений | Высокая температура цилиндра и низкое давление литья; недостаточное время выдержки материала в форме под давлением. | Снизить температуру в цилиндре, повысить давление литья, увеличить время выдержки под давлением. |
| 13. Корабление изделия | Неправильный температурный режим переработки, неправильное расположение литника | Повысить время охлаждения изделия, снизить температуру материала и формы, изменить расположения литника |
| 14. Сварные швы | Чрезмерное охлаждение расплава при заполнении формы | Повысить температуру формы и материала, скорость впрыска, давление литья |
| 15. Грат на изделии | Недостаточное усилие запирания формы, нарушение параллельности соприкосновения поверхностей формы | Увеличить усилие запирания формы, снизить скорость впрыска и давление формования, проверка правильности затяжки колонны. |
| 16. Деформация изделий при съеме | Неправильный режим литья, неправильная конструкция формы | Снизить давление литья, увеличение конусности стенок формы, полировка поверхности формы, обеспечение воздушных зазоров. |
5. Автоматизация и механизация процессов на фазе.
Процесс литья под давлением ПЭВД является автоматическим. ТПА марки КУАСИ – 1800/400 оборудован микропроцессорной системой, позволяющей осуществлять одновременный контроль и управление температурой, давлением и уровнем смеси. Загрузка компонентов автоматизирована. Наиболее важными параметрам процесса литья являются температура и давление. Они наиболее точно показывают, насколько правильно функционирует литьевая машина. На ТПА установлены защитные блокировки, которые при открытии узла смыкания формы автоматически останавливают процесс. Так же на машине установлен аварийный выключатель. Регулирование технологических параметров производится на месте, где установлена литьевая машина. Данные о приборах автоматизации приведены в таблице 11.
Таблица 11. Приборы автоматизации на фазе литья под давлением
| Тип приборов | Характеристика прибора | Измеряемая величина | Место установки | Характеристика среды |
| Датчик температур Термопара ТЖК | Диапазон измеряемых температур −40 - 400°С; Градуировка ТЖК; длина 23 мм; | Температура, температурный диапазон °C (длительно): 0 до +700 | Присоединяют к материальному цилиндру | Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С) |
| Датчик для контроля сыпучих компонентов | Присоединяется к бункеру |
Продолжение таблицы 11
| Тип приборов | Характеристика прибора | Измеряемая величина | Место установки | Характеристика среды |
| Датчик давления − электроконтактный манометр ЭКМ-1У | Диаметр корпуса: 160 мм Класс точности: 1,5 Исполнение корпуса: без фланца с задним фланцем Штуцер: радиальная резьба М20х1,5 | Давление смеси | Присоединяется к соплу | Применяются во всех случаях, когда необходимо знать, контролировать и регулировать давление. |
| Датчик загрузки | Уровень заполнения | Присоединяется к бункеру | Применяются датчики со сложной обработкой сигналов |
6. Точки технологического контроля
Контроль технологического процесса приведен в таблице 12.
Таблица 12. Контроль технологического процесса
| Стадии процесса | Место измерение параметра или точка отбора проб | Контролирующий параметр | Частота контроля | Норма технологического режима или технологический показатель | Метод испытания и средства контроля |
| Растарка | склад | чистота полимера | каждый мешок | отсутствие примесей | визуально |
| Литье под давлением | бункер | заполнение бункера | постоянно | половина объема (не менее) | по датчику уровня и визуально |
| цилиндр | температура | постоянно | по табл. | Экран | |
| сопло | давление расплава | постоянно | 90 - 100 МПа | Экран | |
| Разбраковка | литье изделия | внешний вид | постоянно | ГОСТ 22689.0-89 | визуально |
| предъявление ОТК | каждая партия |
7. Отходы производства на участке и их использование, охрана окружающей среды
Производственными отходами являются полиэтиленовые отходы, не подлежащие переработке, и отходы, образующиеся при подготовке вторичного полиэтилена к переработке, а также бракованные изделия не подлежащие переработке. Отходы полиэтилена упаковывают в кипы или мешки и направляют на захоронение.
Сточные воды образуются на операциях промывки отходов полиэтилена. Сточные воды содержат грунтовые взвеси и измельченный полиэтилен. Для очистки сточных вод предусмотрена установка трех последовательно действующих отстойников. Отстоявшаяся вода вновь используется для технологических нужд. Отстойники чистят раз в три месяца, шлам направляют на захоронение. Анализ сточных вод на содержание взвесей и растворимых веществ проводит один раз в квартал ЦЗЛ.
8. Краткая характеристика производственного здания
Производство тройников из ПЭВД размещено в одноэтажном корпусе, площадь которого 500м2, ширина 15 м, длина 35 м, высота 6 м. Стены кирпичные. Фундамент железобетонный. Внутренние опоры железобетонные, кирпичные. Кровля мягкая – рубероид по железобетону. Подвала и чердака нет. Пол цементный, залитый бетоном. Имеется один основной и два запасных выхода (оба расположены в обоих концах здания). Оборудование, при работе которого выделяется избыточная теплота (литьевые машины и гранулятор) установлены около наружных продольных стен с оконными проемами для обеспечения естественной вентиляции в теплое время года. Имеется вытяжка, которая расположена непосредственно над местом соприкосновения сопла и формы. Размещение аппаратов и другого производственного оборудования должно обеспечивать удобные и безопасные условия обслуживания и ремонта. Оборудование заземлено. Основные проходы, по общему фронту обслуживания аппаратов и оборудования должны быть не менее 2 м; рабочие проходы между машинами и стенами помещений при необходимости кругового обслуживания должны быть не менее 1 м. Планировка цеха и расположение оборудования должны обеспечивать проведение технологического процесса без возвратных и пересекающихся грузопотоков. Отопление, в производственных помещениях воздушные, совмещенные с приточной вентиляцией. Освещение предусматривается естественное и искусственное. Естественное освещение делают боковым, верхним и комбинированным через окна и световые фонари. Искусственное освещение делают общим и комбинированным. Кроме рабочего освещения, должно быть аварийное освещение для безопасного продолжения работы или для эвакуации людей при выключении основного рабочего освещения. Оно имеет независимый источник питания.
9. Охрана труда на участке