1.1 Общие сведения о процессе литья
 Области применения пластических масс в народном хозяйстве весьма разнообразны. Из них изготавливают изделия народного потребления, детали машиностроения, приборостроения, радиоаппаратуры и т.п. В большинстве случаев пластмассы используют как самостоятельный конструкционный материал, кроме того, они являются заменителем ряда дефицитных дорогостоящих материалов. В этой связи большое значение приобретают вопросы разработки пластмассовых изделий с учетом их технологических свойств и проектирования технологической оснастки (форм для литья под давлением и пресс-форм).
 Конструкция пластмассового изделия существенно влияет на конструкцию формы (зависящую от технологичности изделия) и качественные показатели изделия, которые, в свою очередь, зависят как от технологии его изготовления, так и от его конструкции. В связи с этим изделие следует конструировать одновременно с анализом его технологичности.
 Необходимо учитывать, что в ряде случаев ошибки, заложенные при разработке изделия, невозможно исправить выбором конструкции формы. При конструировании пластмассовых изделий стремятся к обеспечению рациональных условий течения материала в форме, повышению точности изготовления , уменьшению внутренних напряжений, коробления, цикла изготовления.
 Литье под давлением применяют для изготовления деталей из термореактопластов и термопластов .
 При литье под давлением материал в гранулированном или порошкообразном виде поступает в пластикационный цилиндр литьевой машины, где прогревается и перемешивается вращающимся шнеком (в шнековых машинах). В поршневых машинах пластикация осуществляется только в результате прогрева. При переработке термопластов цилиндр нагревают до 200-350 С, при переработке реактопластов до 80-120 С. Пластифицированный материал при поступательном движении шнека или плунжера нагнетается в литьевую форму, где термопласты охлаждаются до 20-120 С (в зависимости от марки), а реактопласты нагреваются до 160-200 С. В прессформе материал выдерживают под давлением для уплотнения, что значительно снижает усадку при охлаждении вне формы. Литьем под давлением производят штучные изделия. Этот способ является наиболее распространенным в переработке большинства промышленных термопластов. Его, но несравненно реже, используют также для изготовления деталей из некоторых разновидностей реактопластов. К основным достоинствам литья под давлением относятся: универсальность по видам перерабатываемых пластиков, высокая производительность в режиме автоматизированного процесса, высокая точность получаемых изделий, возможность изготовления деталей весьма сложной геометрической формы, недостижимой при использовании любых других технологий. Кроме того, литьем под давлением производят изделия армированные, гибридные, полые, многоцветные, из вспенивающихся пластиков и др. Метод позволяет формовать изделия массой от долей грамма до десятков килограммов. Известны примеры производства литьем под давлением деталей механизмов ручных часов (масса 0,006 г), оконных блоков и даже фрагментов ванных комнат с установленной арматурой (масса до 150 кг).
 Органической особенностью метода является его цикличность, что, в общем, сдерживает производительность этого процесса, по сравнению с непрерывными технологиями.
 Принципиально, суть технологии литья под давлением состоит в следующем . Расплав полимера подготовлен и накоплен в материальном цилиндре литьевой машины (в данном случае — червячного типа) к дальнейшей подаче в сомкнутую форму (позиция а). Далее, материальный цилиндр смыкается с узлом формы, а пластикатор (в данном случае — невращающийся червяк) осевым движением со скоростью Уос перемещает расплав в форму . В результате осевого движения червяка форма заполняется расплавом полимерного материала, а пластикатор смещается в крайнее левое положение . Далее расплав в форме застывает (или отверждается — в случае реактопластов) с образованием твердого изделия (позиция г). Материальный цилиндр продолжает оставаться в сомкнутом с системой формы положении. В этой ситуации червяк начинает вращаться, подготавливает и транспортирует расплав в переднюю зону материального цилиндра и при этом отодвигается назад. После накопления требуемого объема расплава вращение червяка прекращается . Он занимает исходное положение.
 Объем изделий ограничивается объемом материала, который может быть вытеснен червяком или поршнем при наибольшем ходе.
 В разновидности метода, называемом ИНТРУЗИЕЙ, возможно на той же машине изготовить изделия значительно большего (в 2-3 раза) объема. При обычном режиме литья под давлением материал пластицируется вращающимся червяком, а нагнетается в форму невращающимя червяком при поступательном его движении. При интрузии пластикационный цилиндр снабжается соплом с широким каналом, позволяющим материалу перетекать в форму при вращении червяка до начала его поступательного движения. Общая длительность цикла не увеличивается благодаря частичному совмещению отдельных переходов . Метод отличается высокой производительностью.
 Литье под давлением термопластов и реактопластов имеет некоторую специфику. При литье под давлением термопластов молекулы материала ориентируются в направлении течения, что сопровождается упрочнением материала в направлении течения. Поток расплава термопласта в форме расширяется и перпендикулярно направлению течения в нем возникают ориентационные напряжения - это является еще одной причиной возникновения остаточных напряжений - различие в скоростях и степени охлаждения материала в поверхностных и внутренних слоях.
 Ориентационные напряжения в готовом изделии уменьшить не
 удается, уменьшение их достигается изделия пластмасс путем подбора рабочих элементов конструкции прессформы. При литье деталей из линейных полимеров следует учитывать ориентацию молекул и место спаев потоков материала в зависимости от варианта расположения литника , где свойства детали отличаются. В местах спая обычно получают ухудшенные механические и многие другие свойства.
 Термические напряжения можно снизить либо уменьшением перепада
 температур между материалом и прессформой, либо при последующем нагреве готовых изделий.
 В ходе процесса под действием высоких температур и
 механических напряжений может происходить деструкция материала.
 Усадка в прессформе частично компенсируется ее подпиткой расплавом ,находящимся под давлением при охлаждении формы, поэтому основная усадка происходит изделия пластмасс после извлечения из формы изделия. Ориентация макромолекул при литье обусловливает и анизотропию усадки вдоль и поперек направления течения расплава.
 
 1.2 Методы литья под давлением
 Инжекционный метод — требуемый объем расплава (доза) накапливается в материальном цилиндре ЛМ и затем под высоким давлением (100-200 МПа) впрыскивается, инжектируется, в форму за короткий, измеряемый секундами, интервал времени. Это наиболее распространенный способ. Он позволяет получать изделия сложной конфигурации, с различной толщиной стенок, как из термопластов, так и из термореактивных пластиков, допускает использование многогнездных форм с различной литниковой системой. Особенность технологии — объем изделий с литниками не превышает паспортного объема впрыска используемой ЛМ.
 Интрузионный метод- применяется при червячном способе пластикации для получения толстостенных изделий. Его суть — вращением червяка расплав в режиме экструзии подается в пресс-форму и заполняет ее, после этого червяк останавливается и осевым движением подпитывает форму, компенсируя естественную усадку остывающего расплава. Особенность подобного способа — объем изделия может превышать паспортный объем впрыска ЛМ, но развиваемое в литьевой форме давление невелико, вследствие чего геометрия изделия не должна быть сложной, гнсздность формы ограничена, получение тонкостенных изделий затруднено, кроме того, необходимо учитывать термостабильность полимера.
 Инжекционно-прессовый - метод используется для получения изделий значительных по площади прессования, когда заполнение формы сопровождается существенным падением давления расплава в ее периферийных частях, что вызывает эффект разнопрочности изделия. Сущность технологии состоит в том, что давление на расплав в форме создается не только усилием инжекции (рис. 10.29, а), но и за счет прессового механизма узла смыкания (рис. 10.29, б). С этой целью применяются литьевые формы, конструкция которых допускает перемещение пуансона и после смыкания формы.
 Инжекционно-газовое литье (ИГЛ) относится к новым методам переработки термопластов с помощью Л М, и поэтому, в частности, его названия еще до конца не определилось. В литературе можно встретить название типа «литье с газом», «литье с подачей сжатого газа», GJD-TEHNJKA, GAS-Jngection Molding и др. Технологически процесс ИГЛ заключается в следующем (рис. 10.30).
 Расплав полимера инжектируется в форму, заполняя ее на 70-95% (рис. 10.30, а). Затем в форму через специальное сопло (рис. 10.30, в), или через ниппель в форме (рис. 10.30, б) подается под давлением газовая смесь, которая «раздувает» расплав, увеличивая тем самым толщину слоя полимера, образовавшегося при его соприкосновении с холодной стенкой формы, и способствуя заполнению конструктивных
 
 
 а)
 б)
 
 Рис. 1 Схема инжекционно-прессового литья:
 а — заполнение формы инжекцией расплава;
 б — создание давления в форме усилием узла смыкания
 
 Технология игл. Газовая смесь (азот, углекислый газ) может подводиться от компрессора или от баллона, важно чтобы ее давление было около 80 МПа. Ввод газа в форму может быть единичным или многократным, ступенчатым по величине давления.
 Технология ИГЛ позволяет экономить до 40% дорогостоящего полимерного материала за счет уменьшения толщины стенки изделия, сократить цикл изготовления на 25-35%, уменьшить вероятность брака за счет исключения таких видов дефектов, как утяжены , коробления, развитый облой.
 
 Кроме того, как показывает конструкцию и практика, инжекционно-газовая
 технология позволяет упростить понизить стоимость формующей оснастки.
 Существенная трудность ИГЛ-технологии состоит в необходимости высокоточного управления литьевой машиной, усложняется конструкция сопла, повышаются требования к расчету и качеству изготовления литниковой системы и сопряжений литьевых форм.
 Многослойное литье, относится к специальным видам, иногда называемым соинжекционными. Это название отражает общую особенность этих методов — обязательное участие в процессе двух, а в некоторых случаях и трех инжекционных узлов, в каждом из которых пластицируется полимерный материал с индивидуальными свойствами. Таким образом, появляется возможность получать многоцветные изделия, изделия, состоящие из различных видов пластмасс (поверхность из ПЭВП, а основной объем из вспененного полистирола), использовать вторичное полимерное сырье для внутренних, неответственных частей деталей, производить изделия гибридной конструкции II пр. Многослойное литье осуществляется несколькими способами.
 Сэндвич-литье заключается в попеременной подаче в литьевую форму полимерных расплавов из двух пластикаторов. При использовании червячных пластикаторов процесс может выглядеть так, как показано на рис. 2. Два инжекционных узла присоединяются к соплу, в конструкции которого предусмотрело переключающее устройство. Как правило, это управляемый игольчатый клапан (ИК). Клапан попеременно или одновременно соединяет с литьевой системой формы пластикационные узлы. По схеме (рис. 2) материал из узла I под высоким давлением и с высокой скоростью инжектируется в форму, образуя наружное покрытие изделия (рис. 2, а). Затем внутренний объем изделия заполняется материалом из узла 11 (рис. 2, б), после чего в работу повторно включается узел I, добавляющий остатки расплава в форму и «запечатывающий» изделие (рис. 2, в). Соинжекционное литье (рис. 3) требует применения сопла специальной конструкции, называемого также разделительной головкой. Эта технология позволяет получать изделия с числом слоев больше двух, с пожнем или частичным разделением цветов.
 Литье в многокомпонентные формы (Multi-component injection molding) позволяет получать изделия с четким разделением цветов, а также детали гибридной конструкции (рис. 3в), в которых из каждого полимерного материала исполнена центральная или периферийная часть. В этом случае инжек-ционные узлы выполняют традиционные функции, а конструкция детали определяется устройством литьевой формы. На представленной схеме литьевая форма имеет две литниковых системы (У и 2), постоянно сомкнутые с инжекционными узлами 1 и 11. В пуансоне формы имеются подвижные вставки 3, перемещаемые пневмоприводами 4. Вставки оформляют тот или иной конструкционный элемент изделия. Особенность этого метода состоит в том, что работа узлов инжекции происходит изолировано друг от друга. Поэтому если узел II в приведенном примере работает в режиме инжекции, то узел 1 может действовать в интрузионном режиме, благодаря чему объем части изделия, формуемой из полимера I, может иметь весьма значительный размер.Ротационное литье является разновидностью описанного выше способа, поскольку позволяет решать те же задачи (рис. 4), однако требует использования съемной вставки. После оформления центральной части изделия (узел I) вставка извлекается, а в образовавшийся объем инжектируется расплав из узла II. В цикл производства изделия ротационным литьем введена дополнительная операция размыкания формы и удаления (установки) вставки, что не способствует высокий производительности метода.
 С момента заполнения формы начинается затвердевание расплава охлаждением (термопласты) или отверждением (реактопласты). Параллельно с этим процессом, то есть будучи совмещенным с ним, в инжекционном узле ЛМ пластицируется и накапливается следующая доза расплава. Процесс подготовки последующей дозы обычно завершается в пределах длительности охлаждения изделия. Последнее, весьма короткое, действие цикла — раскрытие формы и удаление изделия.
 Термопласты в материальном цилиндре и в зоне сопла нагреваются до температуры переработки (160-300 °С), а затем в зоне литьевой формы охлаждаются до 50-120 °С. Реактопласты в цилиндре ЛМ нагреваются до температуры плавления олигомера (90-120 °С), а в зоне сопла и формы нагреваются дополнительно — до температуры отверждения.
 
 
 
 
 
 Рис. 3.
 Схема двухканального (а) и трехканалыного (б) соиижекционного литья под давлением с использованием двух- и трехинжекционных узлов
 
 
 
 
 
 Рис. 3 в.
 Схема многокомпонентного литья
 Съемная вставка
 
 
 Рис. 4.
 Схема ротационного литья
 
 Уменьшение вязкости расплава, в частности, может способствовать возрастанию пластикационной производительности червячного пластикатора. Так, увеличение температуры цилиндра от 210 до 280°С вызывает рост пластикационной способности ЛМ по полиолефинам примерно на 20 %. В то же время для блочного ПС нередко наблюдается обратное явление.
 С точки зрения технологии важно, что при нагревании полимерный расплав увеличивается в объеме. При охлаждении расплава в форме и его затвердевании плотность полимера возрастает, что приводит к значительной естественной усадке изделия. Это свойство расплавов необходимо учитывать при назначении технологического режима.
 Принципиально, чем выше температура, тем ниже плотность и больше значение удельного объема, величина которого определяется физическим и химическим строением полимера .
 При нагревании полимеров возрастает частота колебательных движений фрагментов макромолекул и увеличивается свободный кинетический объем. Это приводит к более заметной сжимаемости.
 Абсолютное большинство современных ТПА с червячной пластикацией оснащаются так называемыми универсальными червяками. Вместе с тем полимерные материалы отличаются, и порой весьма существенно, по своим физико-химическим особенностям. Достаточно сравнить такие крупнотоннажные пластики, как полиэтилен и полиамид, чтобы убедиться в том, что перерабатывать их одинаково эффективно с помощью геометрически сходных червячных пластикаторов весьма непросто. Действительно, переработка полиолефинов (ПЭВП, ПЭНП, ПП) эффективна с использованием червяков с короткой зоной загрузки, а для переработки ПА требуется червяк с так называемой продолжительной зоной загрузки, достигающей 55 % всей длины червяка. Таким образом, необходимо либо специализировать оборудование по виду перерабатываемых термопластов, либо перестраивать его при варьировании видов сырья. Разборка же инжекционного узла, извлечение червяка и замена его на новый — дело весьма хлопотное и трудоемкое. Такая операция сопровождается многочасовым простоем дорогостоящей высокопроизводительной техники.
 Подобные производственные потери особенно ощутимы в мелкосерийном производстве изделий из пластмасс разнообразного ассортимента, тем более в условиях, когда исполнитель располагает оборудованием ограниченной номенклатуры.
 Качественная картина действия давления пластикации (подпора) представляется следующим образом. Давление подпора замедляет отход червяка в процессе пластикации расплава, при этом скорость вращения червяка не изменяется. Соответственно, скорость прямого потока расплава в винтовом канале червяка уменьшается, а интенсивность обратного потока увеличивается, причем характер встречного движения расплава турбулентный. В конечном счете это способствует перемешиванию расплава в зоне дозирования и улучшению его гомогенизации.
 Значение противодавления зависит от вязкости расплава. Чем больше вязкость, тем выше рекомендуется противодавление. Для полимерных материалов низковязких ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПС, ПА — значение противодавления составляет 5-10 МПа, для АБС — 10-15 МПа, для ПК и полиацетатов целлюлозы — 15-20МШ, для ПММА - 25-30 МПа.
 При переработке пластмасс с низкой термостабильностью противодавление должно быть минимальным. Так, для ПВХ оно не превышает 5 МПа.
 Частоту вращения червяка выбирают исходя из допустимого значения окружной скорости, рекомендуемый интервал которой составляет от 0,05 до 0,3 м/с.
 Поскольку современные ЛМ имеют высокие значения пластикационной способности, и длительность процесса пластикации существенно меньше времени охлаждения расплава в холодноканальной форме, то применение приема с увеличением давления пластикации (подпора) не влияет на общую длительность цикла литья под давлением и на производительность термопластавтомата.
 
 1.3 Современные литьевые машины
 Современные литьевые машины (ЛМ) представляют собой сложные технические устройства, оснащенные разнообразными средствами автоматизированного управления параметрами технологического процесса. Нередко их называют термопластавтоматами (ТПА) или реактопластавтоматами (РПА) в зависимости от вида основного перерабатываемого материала.
 Конструкции литьевых машин весьма разнообразны. Основными классификационными признаками ЛМ являются усилие запирания формы (кН), то есть смыкания формы, создаваемое прессовым блоком, и объем впрыска или мощность, выражаемая числом кубических сантиметров расплава, которые могут быть подготовлены машиной для однократной подачи в литьевую форму. Выпускаемые промышленностью серийные литьевые машины, как правило, объединены в типоразмерные ряды по двум, указанным выше параметрам.
 Кроме того, ЛМ подразделяются по технологическим и основным конструктивным признакам:
 
 Таблица1 :
 по способу пластикации
 на одно-, двухчервячные, поршневые и чер-вячно-поршневые;
 
 по особенностям пластикации
 на ЛМ с совмещенной и раздельной пластикацией (предпластикацией);
 
 по количеству пластикаторов
 с одним, двумя и более пластикационными узлами;
 
 По числу узлов запирания формы
 ( узлов смыкания) одно-, двух- и многопозиционные (ротационные, карусельные);
 
 по конструкции привода
 электро- и гидромеханические, электрические;
 
 По расположению оси цилиндра , узла пластикаций и плоскости разьема. Горизонтальные , вертикальные и угловые
 
 Все функциональные блоки и устройства ТПА располагаются на жесткой раме (рис. 5, поз. 22). Гранулированный полимерный материал из бункера 1 поступает в материальный цилиндр 2, захватывается вращающимся шнеком 3 и транспортируется в направлении мундштука 8. При этом гранулированный материал нагревается, уплотняется в пробку и под действием тепла от трения о поверхность винтового канала червяка и поверхность цилиндра, а также за счет тепла от наружных зонных электронагревателей 4 пластицируется, то есть расплавляется под давлением, и, пройдя через обратный клапан 6, накапливается в зоне дозирования материального цилиндра. Под действием возникающего при этом давления червяк отодвигается вправо, смещая плунжер 25 и хвостовик с имеющимся на нем (условно) концевым выключателем 26. Установкой ответного выключателя на линейке 27 регулируют отход червяка и, следовательно, подготовленный к дальнейшим действиям объем расплава в зоне дозирования и мундштука 8. После срабатывания концевых выключателей 26 и 27 вращение червяка прекращается — требуемая доза расплава подготовлена. Далее, гидроприводом 5 пластикационный, называемый также и инжекционным, узел сдвигается влево до смыкания мундштука с литниковой втулкой, установленной в стойке 9. К этому моменту завершает смыкание частей прессформы 11 и 12 прессовый узел JIM. Он представляет собой, по сути, горизонтальный рычажно-гидравлический пресс, состоящий из задней 17 и передней 9 плит-стоек, соединенных, как правило, четырьмя колоннами 10 и 14, по которым смещается вправо (смыкание) и влево (размыкание) ползун 13. Ползун приводится в движение от рычажно-гидравлического механизма 15, 16.
 17 16 15 14 13 1112 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 23 24 25 26 27
 Рис. 5.
 Схема термопластавтомата с червячной пластикацией
 
 
 После приведения всех блоков в исходное состояние создается давление в гидроприводе 25 осевого движения червяка, который, действуя аналогично поршню, инжектирует расплав полимера из материального цилиндра в пресс-форму, где и образуется изделие. Наконечник 7, установленный на червяке, способствует уменьшению образования застойных зон после впрыска. В период формообразования изделия червяк приводится во вращение для подготовки следующего объема впрыска.
 После охлаждения расплава до заданной температуры форма раскрывается, и изделие с помощью выталкивателей или применением робототехнических устройств удаляется из рабочей зоны литьевой машины Все подвижные узлы ЛМ обеспечиваются энергоносителем от главного привода, состоящего из электродвигателя 18, насосного блока 19, установленного в маслосборнике, и системы трубопроводов высокого 20 и низкого 21 давления. Для вращения червяка в данной схеме служит гидродвигатель 24 с зубчатой передачей 23.
 К достоинствам машин описанного типа относят высокую производительность, универсальность по видам перерабатываемых материалов, удобство управления и обслуживания, а также надежность в эксплуатации.
 Определенный недостаток таких ЛМ, впрочем, как и всех термопластавтоматов с совмещенной пластикацией, состоит в существенных потерях при осевом движении червяка от трения материала о стенки цилиндра, что затрудняет достижение высоких скоростей впрыска.
 ЛМ состоит из узла пластикаций и узла запирания. Основными технологическими частями узла пластикаций являются материальный цилиндр , червяк и мундштук. Материальный цилиндр выполняется в виде толстостенной оболочки, в ряде случаев — с гильзой из высококачественной коррозионностойкой стали. На цилиндре устанавливаются кольцевые зонные электронагреватели. В стенке цилиндра высверлены глухие отверстия для термопар. Вблизи загрузочного отверстия в цилиндре предусмотрены каналы для охлаждения этой зоны.
 Принципиальное устройство червяка ЛМ (рис 6) отражает особенности его эксплуатации, заключающиеся в следующем: 1) периодичность вращения; 2) возвратно-поступательный характер движения вдоль оси цилиндра с высоким давлением на расплав в момент инжекции и 3) объем расплава, подготавливаемого к перемещению в форму, должен сохранять гомогенность , которая достигнута при пластикации полимерного материала.
 
 торпеда
 
 
 Рис. 6.
 наконечник
 Принципиальное устройство червяка
 
 Периодичность вращения вызывает необходимость ускорения процесса пластикации пластмассы, для чего частота вращения червяка может достигать 40 с . Кроме того, конструкция и размеры червяков существенно зависят от физико-химических свойств перерабатываемых полимерных материалов и реологических особенностей их расплавов. В связи с этим выделяют три группы червяков. Первая — предназначена для переработки кристаллизующихся и аморфных термопластов (ПЭ, ПС, ПММА и др.), вторая — для термопластов кристаллических с повышенной температурой и коротким периодом плавления (ПА, ПФ, и др.) и третья группа — для материалов с низкой термостабиль -ностью и склонностью к деструкции.
 Червяки первой и второй группы — трехзонные; червяки третьей группы, как правило, двухзонные.
 Полная длина червяков современных ЛМ составляет, как правило, 20, реже 25 диаметров (L = 20/5, рис. 6).
 Первая группа: /t = 0,351; /2 = 0,301 и /3 = 0,351.
 Вторая группа: /, = 0,551; /2 = 0,151 и /3 = 0,301.
 Третья группа: /, = 0; /2 = (0,6-0,8) и /3 = (0,2-0,4).
 Механизмы перемещения ползуна с прикрепленной к нему матрицей формы могут быть гидромеханические, гидравлические, электромеханические рычажные и электромеханические винтовые (рис.7). Наиболее распространены механизмы с гидроприводом, при этом в ЛМ малой и средней мощности применяются гидромеханические рычажные системы запирания. Их основные преимущества — высокие скорости перемещения формы; значительные усилия запирания; компактность и сравнительно небольшая металлоемкость.
 Гидравлические системы запирания позволяют развивать максимальные усилия, плавно, бесступенчато регулировать скорость движения ползуна, они не нуждаются в специальных устройствах для регулирования расстояния между плитами при смене.
 
 
 
 
 
 
 
 перемещения формы механические гидравлические
 
 
 перемещения сблокированные
 
 
 Рис. 7
 Разновидности устройства механизмов смыкания и запирания
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Таблица 2
 Возможные дефекты при литье:
 
 Дефект
 Причина дефекта Способ устранения
 1 2 3
 Полосы и продолговатые
 пузыри на поверхности
 изделия
 Влажность материала Подсушка сырья
 Матовые пятна па повер- хности изделия
 Перегрев расплава Понижение температуры расплава; полирование литниковых каналов
 
 Темные полосы на верхности изделия
 Местный перегрев материала; наличие мертвых зон в цилиндре и сопле Понижение температуры расплава; ликвидация мертвых зон
 
 Темные разводы и воз душные пузыри
 Своевременно не удален попавший в цилиндр воздух
 Повышение давления пластикации
 
 Пустоты в изделии
 Сильный нагрев (в результате сжатия) воздуха, попавшего в форму Улучшение условий выхода воздуха из полости формы; уменьшение скорости
 1 2 3
 Местный пережог детали
 Сильный разогр Сильный разогрев попавшего в форму воздуха, сжатие его и, как следствие, пережог материала
 
 
 То же
 
 Загрязнение изделия
 Попадание в материал посторонних частиц или наличие задиров на поверхности цилиндра, поршня или червяка
 Контроль за чистотой материала, поступающего в бункер; проверка поверхностей, соприкасающихся с материалом
 Пленка или пятна на поверхности изделия
 Соприкосновение расплава с маслом, чрезмерная смазка формы Проверка чистоты инжекционно-го цилиндра; очистка формы, уменьшение смазки
 
 Волнистая поверхность
 удаленной от литника Охлаждение расплава в процессе течения части изделия Повышение температуры материала и скорости впрыска
 
 
 
 
 
 
 
 1.4 Литьевые формы
 Литьевые формы предназначены для непосредственного получения изделий из расплава, подготовленного в узле пластикации ЛМ. Поэтому их функция состоит в приеме расплава, сто распределении по формообразующим объектам, в формовании изделий и затем в их выталкивании. Конструкции литьевых форм весьма разнообразны, что вызвано двумя главными причинами: широчайшим ассортиментом получаемых изделий и разнообразием перерабатываемых полимерных материалов. Кроме того, на конструкцию литьевых форм влияет вид материала (термо- или реактопласт), тип оборудования, характер производства, особые требования к изделиям и пр.
 С точки зрения состояния полимерного материала в течение цикла производства изделия литьевые формы для термопластов подразделяются па холодно- и горячеканальные. В холодноканальных формах во время цикла формования затвердевает весь объем поступившего в форму материала. В горячеканальных — определенная зона формы, горячая, постоянно заполнена расплавом, часть которого периодически поступает в формующие полости, расположенные в охлаждаемой зоне.
 Формы для реактопластов принципиально сходны с холодноканальными с тем отличием, что вместо охлаждающей системы они имеют нагревательные устройства, поддерживающие в формующей камере температуру, требуемую условиями отверждения полимера (160-200 °С).
 По числу оформляющих гнезд литьевые формы могут быть одно- и многогнездными (до 720), что, в свою очередь, определяет особенности литниковых систем.
 Форма (рис. 8) состоит из двух полуформ: подвижной I и неподвижной II закрепленных на плитах литьевой машины-автомата. Поверхности матрицы А и пуансона Б, непосредственно соприкасающиеся с расплавом, называются оформляющими, а внутренняя замкнутая полость, ограниченная этими поверхностями и заполняемая при впрыске расплавом, гнездом. Форма (рис. 8) включает пуансоны 11, матрицы 15 и плиты крепления - неподвижную 14 и подвижную 1 с фланцами 16 для точного центрирования формы относительно оси инжекционного цилиндра 18. В обойме 13 матрицы установлена литниковая втулка 17 с центральным литниковым каналом. Это - основная часть разветвленной литниковой системы. Радиус сферической поверхности втулки 17 на 1-2 мм больше радиуса сферы сопла литьевой машины, что обеспечивает плотное прилегание сопла к втулке, предотвращает утечку расплава и облегчает извлечение центрального литника. От центрального литникового канала к гнездам 12 подходят разводящие каналы; непосредственно у гнезд их сечение сужается, образуя впускные каналы. Матрицы 15 установлены в обойме 13, которая в свою очередь прикреплена к плите 14. Пуансоны 11 установлены в подвижной обойме 21 и крепятся с помощью промежуточной плиты 27. В пространстве между стойками 10, промежуточной плитой 27 и подвижной плитой крепления 1 расположена плита 4 выталкивателей. В ней установлены выталкиватели 7 для извлечения отливки, центральный выталкиватель 19 для удаления изделия пластмасс центрального литника, а также возвратные толкатели 23. Выталкиватели крепятся к плите выталкивателей с помощью плиты 3, которая воспринимает нагрузки от сил выталкивания и в исходном положении опирается на упор 2.
 Перемещение плиты выталкивателей при удалении отливки осуществляется по направляющим колонкам 8 направляющими втулками 9 с помощью хвостовика 6, а обратный ход - под действием пружины 5 и возвратных толкателей 23. Для точного центрирования пуансона относительно матрицы служат направляющие колонки 25, соединенные болтами с втулками 24 и направляющие втулки 26. После подхода подвижной части формы к неподвижной ,сопло инжекционного цилиндра 18 плотно прижимается к литниковой втулке 17 и происходит впрыск расплава полимера изделия пластмасс . Через центральный литниковый канал в литниковой втулке 17, разводящие и впускные каналы расплав заполняет гнезда формы. Температура внутренних поверхностей гнезд благодаря охлаждающей жидкости, циркулирующей в каналах охлаждения 22, существенно ниже температуры расплава, поэтому расплав охлаждается и отливка затвердевает. При размыкании формы ее подвижная часть отходит от неподвижной. При этом за счет усадки изделие и литники извлекаются из неподвижной матрицы 15 изделия пластмасс и перемешаются вместе с пуансоном 11 в подвижной части формы. Центральный литник извлекается из литниковой втулки с помощью захвата выполненного во втулке 20.
 
 
 Рис. 8.
 Конструкция типичной двухгнездной формы для литья под давлением кольцевой втулки из полиэтилена; а — форма раскрыта; б — форма сомкнута; I — подвижная , I I — неподвижная полуформы; 1 — подвижная плита крепления формы; 2 — упор; 3, 4 — плиты выталкивателей; 5 — пружина; 6 — хвостовик; 7 — выталкиватель; 8, 25 — направляющие колонки; 9 , 26 — направляющие втулки; 10 — стойка; 11 — пуансон; 12 — гнездо пресс-формы; 13 — обойма матриц; 14 — неподвижная плита крепления пресс-формы; 15 — матрица;16 — фланец; 17 — литниковая втулка; 18 — инжекционный цилиндр; 19 — центральный выталкиватель; 20, 24 — втулки; 21 — обойма пуансонов; 22 — канал охлаждения; 23 — возвратный толкатель; 27 — промежуточная плита
 
 При дальнейшем движении хвостовик 6 наталкивается на неподвижный упор машины и останавливает плиту 4 выталкивателей вместе с выталкивателями 7, которые и сбрасывают изделие вместе с литниками в приемную тару. После этого форма замыкается и цикл повторяется. Такая форма, из которой изделия и литники сбрасываются, не отрываясь друг от друга (получается цельная отливка), называется изделия пластмасс полуавтоматической, так как разделение производится позднее и, как правило, вручную.
 Таблица 3
 Оформление наружных поднутрений:
 
 Конструкция узла перемещения ПЭ
 Оформление поднутрений
 
 1 2
 
 
 
 
 Знак 3 крепится к ПЭ 5 планкой 1. Во время размыкания формы он перемещается в направляющих 2 с помощью наклонной колонки 4. В процессе замыкания формы колонка 4 перемещает ПЭ а исходное положение, а опорный клин 6 поджимает ПЭ.
 
 
 
 
 
 В этой многогнездной форме два ПЭ 2 с помощью знаков 1 оформляют боковые поверхности отливки. Буртик наклонного пальца 3 имеет форму конуса, поэтому отпадает необходимость в его подгонке по плите. Подвижный элемент поджат опорным клином 4.
 
 1 2
 
 
 
 
 Сквозное отверстие образуется знаком 2, вставленным в ПЭ 3, Знак 2 перемещается по направляющей .
 
 
 
 Чтобы удалить оформляющую деталь, не деформируя при этом отливку, ПЭ 4 перемещают с помощью наклонной колонки 3 под углом в направлении, показанном стрелкой. В открытом положении ПЭ 4 удерживается пружиной 2. прижимающей его к ограничителю 1.
 
 
 
 
 Плита съема 3 перемещает 1 вместе с изделием. Одновременно извлекаются расположенные под углом к продольной оси формы боковые знаки 4 с помощью наклонных пальцев 2. закрепленные 1 в обойме 1 пуансона.
 
 
 
 1 2
 
 
 
 
 При разъеме формы изделии , удерживаемое наклонным знаком 6, отходит от матрицы 4. В конце разъема плита съема 3, соединенная с плитой 2 выталкивателе 1 тягой (не показана), перемещается относительно подвижной части формы. Одновременно скос клина 5 освобождает головку знака 6, а скос клина 1 надвигается на нее .В результате плита съема перемещается вперед и снимает отливку , а знак 6 движется вверх.
 
 
 
 
 Наклонный палец 4. закрепленный в ПЭ 2, оформляет отверстие в отливке под углом к плоскости разъема формы. Сначала размыкание формы происходит по линий Б—Б. При этом захват рычага 3 удерживает на месте плиту а пальцы 4, двигаясь в наклонных отверстиях плиты 5, выходят из отливки и перемещают ПЭ 2 в направляющих плиты 6. К моменту подхода головки упора 7 к плите 5 копир /, действуя на рычаг 3, выводит его из зацепления с плитой 5. Благодаря этому происходит разъем формы по линии А—А и литники извлекаются.
 
 1 2
 
 
 
 
 
 
 
 
 Два наклонных пальца 3 закреплены в ПЭ 2. При разъеме формы по линии А—А отливки извлекаются из гнезд и удерживаются на наклонных пальцах 3. Натолкнувшись хвостовиком 6 на упор машины, выталкивающая система и соединенная с ней плита 5 останавливаются (подвижная часть с направляющими втулками 1 продолжает перемещение), и начинается разъем по линии Б—Б. При этом ПЭ 2 раздвигаются, и
 пальцы извлекаются из отливок,
 которые удаляются вместе с литниками выталкивателями 4.
 
 
 
 
 Конструкция, в которой опорная поверхность выполнена непосредственно на оформляющем знаке 1, а направляющее отверстие находится в ПЭ 3. Шибер 2 крепится к наружной части формы.
 
 
 
 
 1 Рассматривается механизм, у которого ПЭ 2 не имеет опорных скосов, так как давление расплава на ПЭ незначительно. ПЭ в верхнем положении удерживается фиксатор1
 2
 В этом случае ПЭ 1 перемещаются в направляющих, находящихся в неподвижной части формы, а шиберы 2 закреплены в плите подвижной части формы.
 
 В данном случае два ПЭ приводятся в действие одним шибером с двумя направляющими выступами.
 
 1.5 Литниковая система
 Литниковая система существенно влияет на работоспособность формы; именно из-за неточностей, неполадок в этой системе вероятнее всего получаются недоливы, раскрываются или „дышат" сомкнутые формы, приводя к образованию облоя на изделии , возникают значительные или многочисленные области „холодных" спаев потоков массы , заполняющей полость формы, появляются затруднения со своевременным отводом воздуха из литниковых каналов и полости формы по мере их заполнения расплавом (а это приводит к растворению газа в расплаве, к созданию в полости противодавления, способствующего недоливам; расположение газоотводящих каналов непосредственно зависит от особенностей литниковой системы). От конструкции литниковой системы зависят: производительность процесса (возможно прямо влиять на время впрыска расплава), качество изделия (возможно влиять на ориентацию материала, однородность температуры расплава, заполняющего полость и т.д.), экономия материала (можно сокращать или полностью ликвидировать отходы в виде затвердевших литников).
 Классификация литниковых систем выделяет системы, с затвердевающими, незатвердевающими и частично затвердевающими (точнее -затвердевающими только на отдельных участках, вблизи полости формы) литниками. Соответственно этому формы для литья под давлением и литниковые системы получили название холодноканальных, го-рячеканальных и комбинированных. Конструкции литниковых систем варьируются в зависимости от гнездности формы, числа впусков в одно гнездо, расположения литниковых каналов (в плане и относительно плоскости размыкания формы), конфигурации каналов и т.д. Все это позволяет классифицировать литниковые системы по соответствующим признакам. Выделим основные.
 
 1. Структура элементов литниковой системы. Как видно из рис. 9, литниковая система состоит из трех элементов: основного литникового канала , по которому расплав из материального цилиндра поступает в форму; разводящего канала, ответвляющегося от основного в сторону оформляющего гнезда; впускного канала, по которому расплав
 
 рис 9
 1-Литниковая втулка с основными каналами,
 2-центральный литник , 3 плита ,
 4 разводящий литник , 5- впускной литник
 
 непосредственно поступает в оформляющую полость. В зависимости от конструкции изделия и формы литниковые системы могут иметь: все три элемента, первый и третий, только первый (например, в одногнездных формах, особенно для крупногабаритных изделий, в оформляющую полость материал поступает прямо из основного канала), только третий.
 Основной канал выполняют в литниковой втулке, в этом канале образуется центральный литник. Разводящие каналы выполняют в литниковой плите (или в обойме матрицы ~ по плоскости разъема), в них образуются разводящие литники. Впускные каналы (с впускными литниками) являются продолжением разводящих каналов.
 2. Расположение литниковых разводящих и впускных каналов. На рис. 10 показаны возможные варианты расположения каналов с одним впуском в одно гнездо.
 Прямолинейное расположение позволяет разместить большое число гнезд при относительно малой массе .литников, удобно расположить охлаждающие каналы, Заполнение гнезд происходит неравномерно, ближние к литнику изделия охлаждаются раньше и изделия получаются разного качества (по точностным и прочностным параметрам). Радиальное расположение позволяет одновременно заполнить все гнезда, но конструктивно такое расположение охлаждающих каналов неудобно. При необходимости увеличивать число гнезд разводящие каналы удлиняются и увеличивается сечение основного литника, а это приводит к увеличению сопротивления течению массы и падению давления в оформляющей полости.
 Это в значительной степени устраняется при радиально-разветвляющемся расположении.В каждом конкретном случае можно рационально расположить разводящие и впускные каналы, т.е. так, чтобы заливка всех гнезд происходила одновременно. Принципиально любой тип расположения впускных каналов может быть реализован и в холодно-, и в горя-чеканальных литниковых системах, но в первых - большие возможности для разнообразия.
 3. Сбалансированность системы. По этому признаку литниковые системы делятся на сбалансированные к несбалансированные. Последние требуют специальной корректировки размеров поперечных сечений и протяженности разводящих и впускных каналов для обеспечения одновременности заполнения всех гнезд формы расплавом. Это особо важно при соответствующих требованиях к качеству изделий для прямолинейного, параллельного и рядного расположения гнезд в многогнсздных формах, а также при липче под давлением в одной многогнездной .Форме разных изделий, несколько различающихся по массе и размерам (в этом случае по существу должны решаться одно временно задачи распределенния масс и синхронности заполнения гнезд).
 Разводящие литниковые каналы. Поперечное сечение разводящих литниковых каналов определяется тем обстоятельством, что при впрыске расплава в литниковую систему наибольшей подвижностью и наибольшей скоростью обладает материал в центре потока, так как периферийные, близкие к стенкам канала зоны быстрее охлаждаются и расплав в них становится более вязким Поэтому отношение площади поверхности разводящего канала Fр.к к его объему Ур-К должно быть наименьшим, а отношение этой площади к периметру поперечного сечения Пр,к наибольшим. Одновременно с уменьшением передачи тепла от расплава к стенкам разводящего канала (при Пр_к -* min) и улучшением передачи давления-(при /р-к>> max) возможно при прочих равных условиях и обеспечить рациональную экономию материала, идущего на разводящие литники.
 Впускные литниковые каналы. Впускные каналы являются продолжением разводящих; они представляют собой суженную часть канала, непосредственно примыкающую к полости формы. Канал сужается с целью повышения скорости впрыска расплава в полость, повышения его температуры, текучести. Выбор места впуска связан с необходимостью обеспечения наименьшего пути течения массы, а также с движением потока по тому направлению, которое совпадает с направлением действующих при эксплуатации изделий наибольших усилий (следует принимать во внимание и перетекание расплава по полости формы от более толстых элементов изделия к более тонким). Важнейшей задачей является правильное конструирование переходного участка от разводящего к впускному литнику. Идеальное расположение впускного канала - по линии центра разводящего канала (это обеспечивает перетекание расплава в полость формы до полного затвердевания впускного литника). Такое расположение достигается только при круглом разводящем канале. Трапециевидный разводящий канал с этой точки зрения неудовлетворителен.
 
 
 
 
 
 Рис. 10
 Схемы расположения литниковых и впускных каналов (а — д) и движения расплава в полостях формы (е - к):
 а — прямолинейное расположение, б - радиальное, в — радиальное с разветвляющимися разводящими каналами, г — комбинированно»., д — параллельное и рядное, е — центральный литник, ж — точечный литник для плоскости, з — щелевой литник , и — точечный литник для кольца, к — точечный литник с двумя впусками; 1 — разводящий канал 2 —впускной канал
 
 Переход от разводящего канала к впускному нецелесообразен, так как при этом увеличиваются потери давления, а скорость течения повышается прежде, чем расплав попадает во впускной канал. Кроме того, остывающий на стенках канала материал „срывается" и попадает в оформляющую полость, что снижает качество изделия. Размеры и расположение впускных каналов определяются свойствами термопласта и особенностями изделия (его толщиной, объемом итп.).
 
 
 Рис. 11
 Конструкция и примеры установки стандартной центральной литниковой втулки:
 1 — плита крепления (заготовка по ГОСТ 22066—76); 2 — плита (заготовка по ГОСТ 20065—76); 3 — втулка центральная (по ГОСТ 22078 — 76); 4 — фланец (заготовка по ГОСТ 22081—76); 5 — втулка литниковая (по ГОСТ 22077-76)
 
 Рис. 12 Распространенные типы поперечного сечения разводящего литникового канала. Отношение площади сечения канала к его периметру /р,к/Пр_к равно:
 А - 0,25 D; Б - 0,25 D (для а) и 0,2В (для б); В - 0,153 D; Г - C,166D (при d = D/2), 0,1 D (при d - D/4) и 0,071 D (при d = D/5)
 Впускной литник должен иметь минимальные размеры, хорошо извлекаться из формы и легко отделяться от изделия, не оставляя на нем заметных следов. Но чрезмерное уменьшение сечения впускных каналов увеличивает потери давления и ухудшает условия заполнения формы, сильный дополнительный разогрев материала может привести к его деструкции. Чаще всего применяют впускные каналы круглого и прямоугольного сечений .
 Туннельные впускные каналы - это разновидность точечных каналов. Они всегда - часть разветвленной литниковой системы. Туннельные каналы проходят к оформляющей полости (чаще - снаружи, но при необходимости - и изнутри) через стенку матрицы, сбоку. Они выполняются коническими. Туннельный канал располагают под углом 20-50° к плоскости разъема формы. Между изделием и туннелем образуется острая кромка, отрезающая литниковую систему при удалении отливки из формы.
 Туннельные каналы можно использовать при переработке почти всех видов термопластов, кроме особенно хрупких, но целесообразнее применять их при переработке эластичных упругих материалов.
 Размеры изготавливаемых изделий практически не ограничивают применение туннельных литников. Применение туннельных литников позволяет автоматизировать процесс изготовления изделий из пластмасс, исключить необходимость их дальнейшей механической доработки, улучшить качество.
 При проектировании многогнездных форм с туннельными каналами особое внимание следует обращать на размеры и форму разводящих литниковых каналов, так как при извлечении туннельного литника разводящий литник изгибается. При литье хрупких материалов его следует изготавливать переменного сечения с уменьшением толщины в месте наибольшего изгиба. Диаметр разводящих каналов для туннельных впусков должен быть примерно на 1,5 мм больше наибольшей толщины отливки. На рис. 13 приведены примеры конструкций туннельных каналов. Располагать туннельные впускные каналы возможно и в неподвижной, и в подвижной полу форме.
 При расположении впуска в неподвижной части срез литника с изделия и его извлечение из туннельного канала происходит в момент раскрытия пресс-формы. При расположении впуска в подвижной части срез литника с изделия и его извлечение из туннельного канала происходит при раскрытой пресс-форме в процессе выталкивания изделия из литниковой системы. Расположение туннельного впуска в неподвижной части пресс-формы обеспечивает более надежный срез литника и позволяет легче автоматизировать работу формы. Рис. 13
 Конструкции туннельных впускных каналов:
 
 
 
 
 
 
 Рис. 13
 Конструкции туннельных впускных каналов:
 а — схема расположения литниковой системы; б —
 соотношения размеров исполнений / и //; в — варианты впусков внутрь изделия; г — расположение туннельного канала в неподвижной полуформе; д — расположение туннельного канала в подвижной полуформе
 
 
 
 
 
 
 
 2. Патентный поиск.
 Цель патентного поиска выявление аналогов конструкций элементов литьевых форм для получения изделий методом литья под давлением из АBS.
 Таблица 4
 Патентные документы, отобранные для последующего анализа
 № п/п Страна Наименование патента и индекс международной патентной классификации (МПК) Год Источник информации
 1 2 3 4
 1 США Литьевая форма. Пат.: 6832495. МПК С 03 В 9/40. Konica Corp., Hosoe Shigeru. № 09/867526. Заявл. 31.05.2001. Опубл. 21.12.2004.
 
 Патентуемая литьевая форма отличается высокой точностью позиционирования без использования сложных механизмов. 2001 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2005 год
 2 США Охлаждаемая форма для литья изделий из пластмасс, отличающаяся простотой изготовления. Пат.: 6550742. МПК В 29 С 51/1; В 29 С 51/42. Wahl David M. № 09/580049. Заявл. 27.05.2000. Опубл. 22.04.2003. 2000 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2004 год
 3 США Форма для изготовления литьем под давлением изделий из термопластов с отверстиями малого диаметра.
 Пат.: 5868490. МПК В 29 С 45/26. Campbell Michael T. Cascade Engineering Inc. № 502275. Заявл. 13.07.1995. Опубл. 09.02.1999. 2004 Реферативный журнал «Химия»
 2000 год
 4 США Способ и устройство для регулирования взаимного положения элементов литьевой формы. Пат.: 6936213 МПК В 29 С 45/37. Sorensen Research and Development Trust, Brown Paul Philip. № 10/715618. Заявл. 18.11.2003. Опубл. 30.08.2005.
 Патентуемый способ и устройство предназначены для регулирования взаимного положения элементов литьевой формы, используемой для изготовления тонкостенных изделий из пластмасс. Устройство позволяет обеспечить требуемую соосность элементов литьевой формы. 2003 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2006 год
 № п/п 1 2 3 4
 5 США Устройство для выталкивания готового изделия из литьевой формы. Пат.: 6837700. МПК В 29 С 45/40. Сlean Tech. International, Corp. Wagner A. № 09/154696; заявл. 17.09.1998; опубл. 12.02.2002. 2002 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2005 год
 6 США Литьевая форма с трубчатым устройством водяного охлаждения для литья под давлением изделий из пластмасс. Пат.: 6425752. МПК В 29 С 33/04;
 В 29 С 49/64. Check. John M. № 09/526626. Заявл. 16.03.2000. Опубл. 30.07.2002. 2000 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2003 год
 7 США Устройство для извлечения готового изделия из литьевой формы. Пат.: 6991208. МПК В 29 С 39/36.
 Hayes Lemmerz International Inc, Herman Trent S.
 № 10/023966. Заявл. 18.12.2001. Опубл. 31.01.2006. 2001 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2006 год
 8 США Литьевая форма с усовершенствованным выталкивающим устройством.
 Пат.: 6929464. МПК В 29 С 45/40. Futuda Corp, Suzuki Tadao. № 10/390618. Заявл. 19.03.2003. Опубл. 16.08.2005.
 
 Особенность патентуемой литьевой формы для литья изделий из пластмасс заключается в том ,что что она оборудована усовершенствованным механизмом для выталкивания готового изделия из формы. Выталкивающий стержень механизма содержит систему для отвода газов из литьевой формы. 2003 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2005 год
 9 США Форма для литья под давлением полимерных изделий с устройством для удаления воздуха из ее внутренней полости. Пат.: 6042361 МПК
 В 29 С 33/10. Winget Larry J., Murphy John F.
 № 09/041333. Заявл. 12.03.1998. Опубл. 28.03.2000. 1998 Реферативный журнал «Химия»
 2002 год
 
 3. Постановка задачи дипломного проекта.
 На оснований данных аналитического обзора и патентного поиска принято решение , в дипломном проекте главное внимание уделить модернизаций основной детали , виброакустического аппарата – « Витафон».
 В разрабатываемой оснастке должно быть предусмотрено автоматическое отделение изделия и литника .
 Конструкцию оснастки для литья , выбираем из патентного поиска .Оформление наружных поднутрений осуществляем съёмными знаками и шиберами , принцип действия взят из таблицы 3 . Расположение литниковых каналов формы выбрано радиальное рис .10 .
 Берём параболическое поперечное сечение разводящего литникового канала рис .12 ,так как оно обеспечивает хорошее заполнение формы и минимальные потери тепла.
 Выбираем туннельный впускной канал рис .13 , который располагаем в неподвижной части формы ,срез литника с изделия и его извлечение из туннельного канала происходит в момент раскрытия пресс-формы.
 
 4. Технологическая часть
 4.1 Характеристика используемого материала
 Первым и важнейшим этапом процедуры выбора материала является определение эксплуатационных требований к изделию. Особое внимание при этом обращают на наиболее критические факторы, к которым относятся прозрачность, температура эксплуатации (минимальная, максимальная) и продолжительность ее воздействия (кратковременно, долговременно) , агрессивное воздействие внешней среды (влага, излучения, химические вещества), характер и предельные величины механических нагрузок, требования к точности, контакт с пищевыми продуктами, лекарствами и др.
 На практике задача формирования требований к изделию нередко упирается в проблему отсутствия надежной информации о температуре и механических нагрузках, действующих на изделия. Необходимо учитывать, что завышенные требования по температуре эксплуатации на 10-20 оС могут привести к значительному удорожанию изделия.
 На основании требований к изделию определяется перечень требований к характеристикам материала, определенных стандартными методами (именно эти характеристики приводятся в справочной литературе, фирменных проспектах и базах данных). Часто такая задача является очень сложной, и причин тут несколько.
 Во-первых, свойства полимерных материалов сильно зависят от условий испытаний. Например, на прочность большое влияние оказывает скорость деформирования, на ударную вязкость образца с надрезом – геометрия надреза и т.д. Характеристики материалов, определенные по разным стандартам (ГОСТ, DIN, ASTM) не совпадают.
 Во-вторых, максимально допустимые напряжения в изделиях из термопластов могут быть на порядок меньше стандартных значений прочности (таблица), что затрудняет оценки.
 В результате анализа выбираем обычный ABS , так как ABS удолетворяет нашим требованиям и обеспечивает заданные показатели .
 Класс, группа материалов. Стирольные пластики, сополимеры стирола . Термопласты общего назначения.
 Структура. Аморфный материал.
 Температура эксплуатации. Обычный ABS выдерживает кратковременный нагрев до 90 - 100 оС, т.н. "теплостойкий ABS" - до 110 - 130 оС. Макс. температура длительной эксплуатации: 75 - 80 оС (теплостойкие марки: до 90 - 100 оС). Температура стеклования: 80 - 125 оС. Температура хрупкости: -35 -45 оС
 Механические свойства. Обладает высокой стойкостью к ударным нагрузкам по сравнению с GPPS, HIPS, SAN. Износостоек. Механические свойства меняются в широких пределах в зависимости от состава сополимера.
 Электрические свойства. Диэлектрические свойства хуже, чем у GPPS, HIPS.
 Атмосферостойкость. Не стоек к УФ-излучению.
 Химическая стойкость. Стоек к щелочам, смазочным маслам, растворам неорганических солей и кислот.
 Контакт с пищевыми продуктами. Допускается (спец. марки).
 Переработка. Имеет высокую размерную стабильность. Рекомендуется для точного литья.
 Дает блестящую поверхность (имеются специальные марки с повышенным и пониженным блеском). Рекомендуются для тонкостенного литья (марки с высокой текучестью).
 Последующая обработка. Пригоден для нанесения гальванического покрытия, вакуумной металлизации (спец. марки), а также для пайки контактов. Хорошо сваривается.
 Применение. Один из наиболее часто применяемых материалов (корпусные детали).
 Ближайшие аналоги: HIPS, SAN, ASA, AES, ACS, ABS + PA, ABS + PBT, ABS + PC,
 ABS + PMMA, ABS + PVC, MABS, SMA, MBS, MS.
 
 4.1.1 Химическая структура
 АБС-пластик - двухфазный привитой сополимер бутадиена и акрилонитрил-стирольного сополимера (SAN):
 
 рис 14
 
 АБС-пластики содержат 5-35% акрилонитрила, 10-40% бутадиена, 25-80% стирола. Свойства материала зависят от соотношения компонентов:
 При повышении содержания акрилонитрила повышается:
 - теплостойкость
 - прочность
 - твердость
 - химическая стойкость
 При повышении содержания бутадиена повышается:
 - ударопрочность
 - стойкость к низким температур
 При повышении содержания стирола повышается:
 - жесткость
 - твердость
 - перерабатываемость
 - блеск
 Большие влияние на свойства материала оказывают размер частиц каучуковой фазы (полибутадиена), адгезия на границе раздела фаз, молекулярная масса полимера матрицы и привитого полимера и др. факторы.
 Иногда вместо бутадиенового каучука при синтезе используется бутадиен-стирольный каучук.
 Термин "термостойкий ABS" трактуется по разному в разных странах, в качестве критериев теплостойкости обычно применяются температура изгиба под нагрузкой 1.8 МПа или температура размягчения по Вика для нагрузки 50 Н.
 Термостойкий ABS может содержать 4-й компонент: альфаметилстирол, N-фенилмалеинимид (материал Denka Malecca компании Denki Kagaku Kogyo) и др.:
 
 рис15
 альфаметилстирольное N-фенилмалеинимидное
 звено звено
 Так называемый "прозрачный АБС" (transparent ABS) является сополимером метилметакрилата, акрилонитрила, бутадиена и стирола (MABS).
 
 
 Таблица 5
 Характеристики марочного ассортимента
 (минимальные и максимальные значения для литьевых промышленных марок)
 Показатели
 ABS 1
 ГОСТ 14254 96 ABS
 теплостойкий 2
 1 2 3
 Физические
 Плотность (23 оС), г/см3 1.02 - 1.06 1.03 - 1.08
 Механические
 Предел текучести при растяжении (23 оС), МПа 34 - 52 37 - 54
 Прочность при растяжении (23 оС), МПа 26 - 47 31 - 55
 Модуль упругости при растяжении (23 оС), МПа 1700 - 2930 1800 - 2800
 Относительное удлинение при растяжении (23 оС), % 6 - 100 7 - 70
 Разрушающее напряжение при изгибе (23 оС), МПа 52 - 95 63 - 86
 Модуль упругости при изгибе (23 оС), МПа 1700 - 3000 1800 - 2700
 Модуль ползучести (23 оС, 1000 ч) 800 - 1900 1900
 Ударная вязкость по Шарпи (без надреза, 23 оС), кДж/м2 60 - NB 60 - NB
 Ударная вязкость по Шарпи (без надреза, -30 оС), кДж/м2 60 - 170 50 - 80
 Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом, 23 оС), кДж/м2
 5 - 47 6 - 24
 1 2 3
 Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом, -30 оС), кДж/м2 3 - 26 2 - 13
 Ударная вязкость по Изоду (с надрезом, 23 оС), кДж/м2 10 - 40 12 - 22
 Твердость при вдавливании шарика (23 оС, 358 Н, 30 с), МПа 70 - 125 94 - 120
 Твердость по Роквеллу (23 оС) R80 - R116 R101 - R116
 Коэффициент Пуассона (23 оС) 0.37 - 0.41
 Теплофизические
 Температура размягчения по Вика ( 10Н), оС 90 - 119 101 - >130
 Температура размягчения по Вика ( 50Н), оС 80 - 108 91 - 129
 Температура изгиба под нагрузкой (0.45 МПа), оС 95 - 99 98 - >119
 Температура изгиба под нагрузкой (1.8 МПа), оС 74 - 108 83 - 119
 Коэфф. линейного термического расширения (23 - 55 оС), 1/ оС (0.5 - 1.1) х 10-4 (0.6 - 0.9) х 10-4
 Коэффициент теплопроводности (23 оС), Вт/(м.оС) 0.2 0.13 - 0.30
 Электрические
 Удельное объемное электрическое сопротивление (23 оС), Ом.см 1013 - 1016 1014 - 1015
 1 2 3
 Удельное поверхностное электрическое сопротивление (23 оС), Ом 1013 - 1016 1015 - 1016
 Диэлектрическая проницаемость (23 оС, 100 Гц) 2.7 - 3.5 2.6 - 3.0
 Диэлектрическая проницаемость (23 оС, 1 МГц) 2.6 - 3.2 2.7 - 3.1
 Тангенс угла диэлектрических потерь (23 оС, 100 Гц) 0.005 - 0.015 0.006 - 0.011
 Тангенс угла диэлектрических потерь (23 оС, 1 МГц) 0.007 - 0.015 0.005 - 0.014
 Дугостойкость (23 оС, 3 мм), с 69 - 102
 Контрольный индекс трекингостойкости, В 400 - 600 600
 Другие
 Водопоглощение (23 оС, 24 ч, при погружении), % 0.2 - 0.3 0.3
 Водопоглощение (23 оС, равновесное, при погружении), % 0.3 - 1.8 1.0
 Блеск, для марок с повышенным блеском (23 оС, угол 60 о), % 93 - 99
 Физические
 Плотность (23 оС), г/см3 1.07 - 1.26 1.27 - 1.41
 Механические
 Предел текучести при растяжении (23 оС), МПа 35 - 40
 1 2 3
 Прочность при растяжении (23 оС), МПа 31 - 50 95 - 105
 Модуль упругости при растяжении (23 оС), МПа 1700 - 2850 6200 - 9700
 Относительное удлинение при растяжении (23 оС), % 10 - 70 1.5 - 2
 Разрушающее напряжение при изгибе (23 оС), МПа 55 - 80 130 - 160
 Модуль упругости при изгибе (23 оС), МПа 2100 - 2600 6200 - 9400
 Ударная вязкость по Шарпи (без надреза, 23 оС), кДж/м2 44 - NB
 Ударная вязкость по Шарпи (без надреза, -30 оС), кДж/м2 35 - NB
 Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом, 23 оС), кДж/м2 6 - 20 6 - 10
 Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом, -30 оС), кДж/м2 2.5 - 9 7 - 8
 Твердость при вдавливании шарика (23 оС, 358 Н, 30 с), МПа 78 - 102
 Твердость по Роквеллу (23 оС) R95 - R114 R104 - R117
 Теплофизические
 Температура размягчения по Вика ( 10Н), оС 84 - 105 103 - 113
 Температура размягчения по Вика ( 50Н), оС
 78 - 107 94 - 116
 1 2 3
 Температура изгиба под нагрузкой (0.45 МПа), оС 77 - 87 102 - 116
 Температура изгиба под нагрузкой (1.8 МПа), оС 68 - 97 90 - 112
 Коэфф. линейного термического расширения (23 - 55 оС), 1/ оС (0.7 - 1.0) х 10-4 (0.2 - 0.8) х 10-4
 Коэффициент теплопроводности (23 оС), Вт/(м.оС) 0.22
 Электрические
 Удельное объемное электрическое сопротивление (23 оС), Ом.см 1015
 Удельное поверхностное электрическое сопротивление (23 оС), Ом 1014 - 1015
 Диэлектрическая проницаемость (23 оС, 100 Гц) 2.9 - 3.2
 Диэлектрическая проницаемость (23 оС, 1 МГц) 2.9 - 3.1
 Тангенс угла диэлектрических потерь (23 оС, 100 Гц) 0.005 -0.007
 Тангенс угла диэлектрических потерь (23 оС, 1 МГц) 0.008 - 0.012
 Электрическая прочность (23 оС), кВ/мм
 9 - 40 20 - 30
 1 2 3
 Дугостойкость (23 оС, 3 мм), с 10 - 70 65 - 75
 Контрольный индекс трекингостойкости, В 400 - 500
 Другие
 Водопоглощение (23 оС, 24 ч, при погружении), % 0.3 0.15 - 0.3
 Водопоглощение (23 оС, равновесное, при погружении), % 0.3 - 1.0 0.7
 
 
 4.1.2 Примеры применения
 -Детали интерьера и экстерьера автомобиля. Панели приборов и другие детали салона. --- -Решетки радиатора автомобиля. Колпаки автомобильных колес.
 -Корпусные детали, работающие в помещении: корпуса телевизоров, радиоприемников, магнитофонов, видеомагнитофонов, пылесосов, кофеварок, пультов управления, телефонов, факсовых аппаратов, компьютеров, мониторов, принтеров, калькуляторов, другой бытовой и оргтехники.
 -Металлизированные детали бытовой техники и оргтехники.
 -Конструкционные детали электротехнического назначения. Выключатели, переключатели.
 - Корпуса электроинструмента.
 - Канцелярские изделия. Настольные принадлежности.
 - Игрушки. Детские конструкторы (Лего).
 - Чемоданы. Контейнеры.
 - Посуда для самолетов.
 - Дверные ручки.
 - Металлизированная сантехническая аппаратура (вентили, душевые рассекатели, мойки, поддоны, сливные бачки). Металлизированные украшения. Мебельная фурнитура.
 - Фитинги.
 - Детали медицинского оборудования. Медицинские принадлежности (гамма- стерилизация).
 - Смарт-карты.
 
 Критерии устойчивости:
 Материал считается устойчивым, если выполняются все условия: 1) увеличение веса не более 3% или уменьшение веса не более 0.5 %; 2) изменение механических показателей (прочность, относительное удлинение, модуль) не более 15%; 3) нет видимых изменений образца (растрескивание, изменение цвета и т.д.).
 Материал считается частично устойчивым, если выполняются условия: 1) увеличение веса не более 3 - 8% или уменьшение веса 0.5 - 5 %; 2) изменение механических показателей (прочность, модуль упругости) 15 - 50%; 3) нет существенных изменений образца (растрескивание, изменение цвета и т.д.).
 Материал считается неустойчивым, если выполняется хотя бы одно из условий: 1) увеличение веса более 8% или уменьшение веса 5 %; 2) изменение механических показателей (прочность, модуль упругости) более 50%; 3) есть существенные изменения образца (растрескивание, изменение цвета и т.д.); 4) растворение образца.
 
 4.1.3 Переработка
 Условия литья
 
 рис 16
 Температура расплава: 190 - 240 оС; 240 - 280 оС.
 
 Таблица 6
 Пример задания температур по зонам:
 материал: фирма: сопло: зона 3: зона 2: зона 1: бункер: примечание:
 АБС 0809 Пластик-Узловая 215-235 205-225 195-215 185-205 общ. назначения
 ABS HF350
 LG 210-230 210-230 200-220 190-200 огнестойкая
 материал: фирма: сопло: зона 3: зона 2: зона 1: бункер: примечание:
 Starex SR-0300 Cheil 210-230 210-230 200-220 180-200 теплостойкая
 Starex SR-0330M Cheil 230-260 230-260 220-250 190-220 теплостойкая
 
 Температура формы: 40 - 80 оС.
 Скорость впрыска: 240 - 540 мм/с.
 Макс. скорости сдвига при впрыске: 40 000 - 50 000 1/с.
 Давление выдержки: 40 - 80 МПа.
 Линейная скорость вращения шнека при загрузке: 150 - 250 мм/с (для стеклонаполненных марок не более 150 мм/с), по другим данным 550 - 650 мм/с.
 Противодавление: 0.3 - 0.7 МПа (для теплостойких марок 0.5 - 1.0 МПа).
 Подушка (крайнее переднее положение шнека): 3 - 7 мм.
 Температура потери текучести: 135 - 150 оС.
 Максимальное время пребывания расплава в цилиндре: 4 - 15 мин. При более длительных перерывах рекомендуется очистить машину. Для чистки машины рекомендуется применять HDPE, ABS, SAN.
 Допускается добавление макс. 25% вторичного материала.
 Примечание: Режим литья конкретной марки может отличаться от приведенных здесь данных.
 Сушка
 Допустимая влажность: < 0.1 % (0.05% для гальваники).
 Температура сушки: 70 - 80 оС (для теплостойких марок 80 - 90; 90 - 100; 100 - 110 оС в зависимости от марки).
 Время сушки: 2 - 3 ч (для теплостойких марок 3 - 4 ч). Сушка более 16 ч не допускается. Примечание: время сушки зависит от типа сушилки.
 Точка росы (осушенного воздуха): -18 оС.
 Литьевая машина
 Шнек: L/D = 20:1 - 25:1. Степень сжатия: 2 - 2.5.
 Для переработки трудногорючих и стеклонаполненных марок рекомендуется применять бронированные шнек и цилиндр.
 Сопло: открытое, с максимально возможным диаметром отверстия.
 
 Пресс-форма
 Для трудногорючих марок обычно не применяют горячеканальные пресс-формы с плитой-распределителем из-за низкой термостабильности полимера.
 Для трудногорючих марок не рекомендуется использовать медно-бериллиевые сплавы для формующих элементов, т.е. на них образуется налет из-за хим. реакции.
 Последующая обработка
 Окрашивание: акриловые, алкидные, эпоксидные, эпоксимеламиновые, полиэфирные, полиуретановые краски. Очистка перед покраской: 1) протирка изопропиловым спиртом; 2) очистка в водном растворе детергента при 50 - 60 оС в кислой (pH = 3 - 4), нейтральной (pH = 8-9) или щелочной среде (pH > 11). Высокий уровень остаточных напряжений (> 10 МПа) в детали может вызывать растрескивание при окрашивании).
 Металлизация: 1) вакуумная (Al), рекомендуется предварительная обработка поверхности в тлеющем разряде, поверх рекомендуется защитный слой; 2) гальваника (спец. марки).
 Склеивание: 1) эпоксидные, полиуретановые, акриловые клеи; 2) раствор АБС в метилэтилкетононе или смеси (1:1) метилэтилкетона с циклогексаноном.
 Вибросварка. Прижимающее усилие: 1 - 2 Н/мм2. Поступательное движение: частота 100 - 300 Гц, амплитуда: 0.6 - 0.9 мм. Двухосевое осциллирующее движение: частота 80 - 250 Гц, амплитуда: 0.4 - 0.7 мм.
 Тепловая сварка. Температура: 230 - 410 оС. Прижимающее усилие: 0.4 - 0.8 Н/мм2.
 Сварка ультразвуком. Частота 15 - 40 кГц. Амплитуда (при 20 кГц): 20 - 30 мкм.
 Лазерная маркировка: для спец. марок.
 Безопасность при переработке
 Температура воспламенения: 285 - 370 оС.
 Пыль - взрывоопасна (нижний предел взрываемости: 12 - 16 г/м3).
 При переработке АБС выделяются пары стирола, нитрила акриловой кислоты, цианистого водорода, окиси углерода. Также могут выделяться пары альфа-метилстирола, толуола, бензола, этилбензола и т.д.
 Альфа-метилстирол - оказывает наркотическое действие, вызывает раздражение слизистой оболочки глаз, носа, гортани; нарушает функции центральной нервной системы и печени; влияет на кроветворные органы; обладает мутагенным действием.
 Бензол - оказывает наркотическое действие, действует на центральную нервную систему; вызывает повреждение кроветворных органов; обладает раздражающим действием; поражает печень.
 Нитрил акриловой кислоты - угнетает активность дыхательных ферментов; поражает нервную систему; хорошо всасывается через кожу.
 Окись углерода - угнетает дыхательные ферменты крови и тканей; вызывает удушье; поражает центральную и периферическую нервную систему.
 Стирол - оказывает наркотическое действие, вызывает раздражение слизистой оболочки глаз, носа, гортани; нарушает функции центральной нервной системы и печени; влияет на кроветворные органы; обладает мутагенным действием.
 Толуол - оказывает наркотическое и раздражающее действие; нарушает функции нервной системы; влияет на кроветворные органы; вызывает сухость, трещины кожи, дерматиты.
 Цианистый водород - нарушает тканевое дыхание, поражает дыхательный и сосудисто-двигательный центры; может вызывать сильное падение кровяного давления, паралич дыхания; приводит к дегенеративным изменениям в цнтральной нервной системе.
 Этилбензол - вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей; нарушает функции нервной системы и печени; проникает через кожу.
 
 4.2 Описание разрабатываемой формы .
 Проектируемая форма является двухгнёздной.
 Для получения отливки со сложной наружной поверхностью, с боковыми отверстиями, поднутрениями на наружной поверхности (резьбой) применяются раздвижные полуматрицы, боковые знаки. Для перемещения этих деталей перпендикулярно направлению замыкания формы они выполняются как одно целое с ползунами и крепятся к ним. Шибера перемещаются с помощью наклонной колонки по направляющим, выполненным в подвижной части формы.
 Пластицированный АБС из сопла литьевой машины через литниковую втулку , разводящий канал и впускной литник , попадает в формующую полость формы. После стадий заполнения , выдержки под давлением и охлаждения, форма раскрывается.
 Во время размыкания формы шибер вместе со знаком перемещается в направляющих подвижной обоймы . В процессе замыкания формы наклонная колонка перемещает шибер в исходное положение, а запорный клин (замок) поджимает ползун, разгружая его от давления расплава в форме, которое передается на боковой знак. Для предотвращения самопроизвольного выхода ползунов из направляющих или смещения их в разомкнутой форме применяются упоры и фиксаторы.
 При размыкании формы ее подвижная часть отходит от неподвижной. Наклонная колонка, закрепленная в неподвижной части формы, заставляет перемещаться по направляющим шибер вместе с боковым оформляющим знаком. При этом боковой знак выходит из отливки, что позволяет при дальнейшем движении вытолкнуть отливку из форм выталкивателями , которые и сбрасывают изделие вместе с литниками в приемную тару. После этого форма замыкается и цикл повторяется.
 Для охлаждения изделия в плите матриц , пуансонов , в матрице просверлены охлаждающий канала .
 Система центрирования состоит из направляющих колонок втулок.
 При транспортирований и установке для предотвращения их раскрытия , полуформы фиксируют друг относительно друга монтажной планкой , к которой крепится рым болт.
 
 4.3 Расчетная часть
 
 4.3.1 Компьютерный расчет
 
 Компьютерный расчет параметров литья под давлением изделия , осуществлялся с помощью программ : Plastic Insight и Solid Works . При помощи последней была получена компьютерная модель изделия , по которой осуществлялся расчет всех параметров при помощи первой программы .
 На рисунке 17 представлены возможные воздушные ловушки. Эта информация может понадобиться для ликвидаций возможных дефектов при литье.
 
 Рис. 17 Воздушные ловушки
 
 
 
 На рисунке 18 представлено время заполнения формы расплавом полимера . Это время вносит свой вклад во время цикла процесса литья под давлением .
 
 рис. 18 Время заполнения формы расплавом
 Рисунок 19 показывает рассчитанное время охлаждения изделия в форме . Этот параметра является наиболее весомым из всех влияющих на время цикла параметров.
 
 рис.19
 Максимальное давление в форме представлено на рисунке 20 . Оно понадобится нам при расчете на прочность формообразующих деталей формы.
 
 рис.20
 Программой был так же предложен наиболее оптимальный профиль впрыск для данного изделия , изображенный на рисунке 21 . Эта информация понадобится при наладке литьевой машины при производстве изделия.
 
 рис. 21
 Профиль впрыска
 
 При расчете гнездности формы нам понадобится информация об усилии запирания , изображенная на рисунке 22.
 
 рис .22
 
 4.3.2 Расчет исполнительных размеров матрицы
 При изготовлении для получения точных размеров необходимо учитывать линейную усадку и деформацию матрицы. Поскольку наибольшая деформация матрицы равна, а исполнительные размеры не посадочные, то деформацией матрицы и пуансона можно пренебречь. Поскольку линейная усадка составляет 0.7%, линейные размеры нужно увеличить на это значение:
 
 
 Допуск формы:
 
 Где - допуск размера изделия ; - номинальный размер формы; - максимальная усадка материала; - минимальная усадка материала; - колебание усадки материала изделия; - средняя усадка
 
 Размер матрицы:
 
 где - исполнительный размер матрицы, мм
 - приведенный номинальный размер изделия с симметрично расположенным допуском, мм
 - допуск на изготовление .
 Размер пуансона:
 
 Где - приведенный номинальный размер
 Допуск меньшего размера матрица:
 
 
 мм
 
 Исполнительный размер меньшего размера матрицы для посадочной части:
 
 
 Аналогичным способом считаются все исполнительные размеры формообразующих деталей.
 
 4.3.3 Расчёт гнёздности
 Таблица 7
 Характеристика ТПА surely xl400
 Узел впрыска
 Диаметр шнека мм 26
 Длина/диаметр см³ 24
 Теоретический объем впрыска г 66
 Вес впрыска 60
 Скорость инжекции г/с
 Скорость пластикации г/с 7
 Давление впрыска МПа 245
 Оборот шнека об/мин 255
 Запорное устройство
 Усилие запирания КН 580
 Максимальный шаг открывания мм 270
 Расстояние между колоннами мм 310X310
 Максимальная толщина формы мм 320
 Минимальная толщина формы мм 120
 Шаг толкателя мм 70
 Усилие толкателя КН 22
 Количество толкателей ед. 1
 Общие
 Максимальное давление насоса МПа 17,5
 Мощность двигателя насоса КВт 11
 Мощность нагрева КВт 5,15
 Габаритные размеры М 4,04x1,0x1,72
 Объем масла Л. 180
 
 
 Расчет числа гнезд производится исходя из трех параметров:
 1) объем впрыска
 2) пластификационная производительность литьевой машины
 3) усилие смыкание формы
 Из полученных значений выбирается наименьшее и принимается за максимально возможное.
 
 
 
 
 
 1. Объем впрыска
 
 Где - объем впрыска машины, см3;
 - плотность материала, г/см3;
 G – масса отливки, г;
 - коэффициент объема литниковой системы (=1.2 для горячего канала и =1 для холодного);
 
 
 2. Пластификационная производительность литьевой машины
 
 Q – пластификационная производительность литьевой машины, г/с;
 - время цикла, с (расчет на оснований программы Moldflow );
 - коэффициент, характеризующий перерабатываемость материала
 
 
 
 3. Усилие смыкания формы
 
 где - номинальное усилие смыкания формы, кН. Примем 580кН;
 Р – давление формования, Па. Примем 11000Н/см2;
 - площадь проекции изделия на плоскости разъема формы, которая составляет 15.89 см2;
 - коэфффициент учета площади литников (=1,2).
 
 Из проведенных расчетов видно, что минимальное количество гнезд во втором случае, поэтому окончательно принимаем 2-и гнездную форму.
 
 4.3.4 Прочностные расчеты .
 Напряжения, которые возникают в деталях формы могут вызвать деформацию ,которая в свою очередь будет влиять или на качество отливки ( если эта деталь является оформляющей) или из-за этой деформаций напряжения будут передаваться на детали , которые не предназначены для её восприятия и форма может потеря свою работоспособность. Напряжения которые возникают в деталях вызваны действием следующих сил:
 1. Усилием запирания формы.
 2. Давлением впрыска расплава в оформляющую полость.
 3. Весом деталей формы.
 Усилие запирания формы действует на такие детали как: плита крепления формы подвижная , стойки , плита промежуточная , пуансон , матрица.
 Давление впрыска расплава в оформляющую полость вызывает напряжения в оформляющих деталях , приводящие к деформация или в аварийных случаях к разрушению деталей по опасным сечениям . Давление впрыска вызывает напряжние в таких деталях как матрица и пуансон .
 
 4.3.5 Расчет направляющих колонок.
 Диаметр центрирующих колонок определим из условия их прочности на изгиб под действием веса наиболее тяжелой из двух полуформ. Таковой является
 подвижная полуформа. Ее вес определим, исходя из габаритов по формуле
 Н = 0.240 м
 А = 0,270 м
 В = 0,130 м
 Р = 0.240 • 0.270 •0.130 •7200 • 10 = 606 Н
 Схему нагружения представим в виде консольно закрепленной балки, представленной на рисунке 4.11. Ra
 
 
 
 L
 
 
 F
 Рисунок 4.11. Схема нагружения.
 Расчет будим проводить для одной направляющей колонки. При этом сила, действующая на нее, должна быть в четыре раза меньше веса полуформы. Но, в силу погрешностей изготовления, примем силу F равной 151.5 Н.
 Из условия равновесия определим реакцию опоры, которая делится на поперечную силу Ra и изгибающий момент Ма.
 
 Ra=151.5 Н
 Ма= F• L
 
 Где L - длина балки, м. Она определяется из конструктивных
 соображений. В нашем случае длина составляет 0,07 м. Ма= 151.5•0,07 = 10.6 Н-м
 Эпюры изображены на рисунке 23.
 Эпюры ихгибающего момента и поперечной силы.
 
 
 Рис. 23
 В нашем случае:
 
 
 
 По четвертой теории прочности:
 
 
 
 Примем наихудший вариант.
 
 Примем коэффициент запас равным 2 и подставив в уравнение все известные величины , выразим диаметр колонки:
 
 
 
 
 d=0,02 Ближайшая стандартная колонка имеет диаметр 20 мм.
 
 4.3.6 Расчет на прочность формообразующих деталей.
 В матрице возникают напряжения от давления расплава полимер 10МПа ( на оснований программы Moldflow рис. 20 ) . Расчет будем проводить с помощью программы Cosmos Works.
 
 
 
 Максимальное напряжение 317 МПа , предел текучести стали 620МПа
 Рис. 24
 Эпюра напряжений
 
 рис. 25
 Эпюра перемещений
 Максимальное перемещение 1.42902e-005 м что удовлетворяет допуску.
 
 
 
 рис. 26
 Проверка проектирования
 
 Коэффициент запаса прочности больше единицы К=2.7 . Условие прочности выполняется.
 Вывод: толщина стенок матрицы и пуансона ( выполненного из той же стали ) имеют большой запас по прочности. При впрыске расплава под давлением деформация стенок оформляющих деталей незначительна по сравнению с полем допуска .
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4.3.7 Расчет на прочность плиты крепления.
 Усилие запирания формы 500КН действует на плиту крепления , поэтому рассчитаем её на прочность. Расчет будем проводить с помощью программы Cosmos Works.
 
 
 
 
 рис. 27
 Эпюра напряжений
 Максимальное напряжение 36 МПа , предел текучести стали 220МПа
 
 
 
 рис. 28
 Эпюра перемещений
 Максимальное перемещение 8.2477e-006 м что удовлетворяет допуску.
 
 
 
 рис.29
 Проверка проектирования
 
 Коэффициент запаса прочности больше единицы К=9.5 . Условие прочности выполняется.
 Вывод: толщина стенок плит имеют большой запас по прочности. При смыкании формы давлением деформация стенок плит незначительна по сравнению с полем допуска .
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4.3.8 Расчет времени цикла
 Определим время цикла из следующего выражения:
 
 где время охлаждения
 
 где - среднее значение толщины отливки, мм;
 а – коэффициент тампературопроводности материала, см2/с;
 - температура расплава при входе в форму;
 - температура литьевой формы;
 - температура отливки в конце охлаждения, в конце формы.
 
 расчетное время охлаждения соответствует рис.19 , проведенного программой Moldflow
 
 
 4.3.9 Расчет усилия выталкивания изделия
 Для определения усилия выталкивания определяют величину деформации изделия, то есть уменьшение толщины стенки за счет сжатия или усадки объема:
 ,
 где - усадка материала изделия;
 Растягивающее напряжение в отливке:
 , (МПа)
 - модуль упругости термопласта (для ABS 1700-3000МПа)
 
 Удельное давление отливки на пуансон:
 , (МПа)
 где - средняя толщина стенки изделия;
 d – эффективный диаметр пунсона
 
 Усилие выталкивания:
 , (МПа)
 где f – коэффициент трения пластмасс по стали;
 - площадь боковой поверхности отливки
 4.3.10 Расчет системы охлаждения
 Время охлаждения в форме до температуры, при которой изделие извлекается из матрицы, надежно исключая опасность повреждения. Диаметр охлаждающих каналов d = 8 мм, хладагент - вода, допустимая разность температур воды:
 - на выходе tн =10°С.
 - на выходе tK =20°С.
 Общая длина охлаждающих каналов, L = 0,96, м; масса отливки m= 0,020 кг.
 Количество теплоты, содержащееся в порции расплава, которое должно быть передано стенкам формы в течение цикла, может быть определено из соотношения;
 QM = c•m• (tm-tcp)/τ ц
 где с=2,45кДж/кг-К -теплоемкость АБС;
 tm = 220 °С - температура расплава, поступающего в форму;
 tcp = 30 °С - средняя температура изделия после охлаждения;
 τ ц = 21 с - время цикла ;
 Отсюда количество тепла, поступающего в единицу времени:
 Qм = 2.45 •0.020 • (210-40)/21 = 0,540 кДж/с
 Массовый расход воды, необходимой для отвода тепла,
 поступающего в форму:
 G = Qм/[ с в (tк- tн) ]
 где св = 4,18 кДж/(кг°С) - теплоёмкость воды;
 G = 0,540 /[4,18(20-10)] = 14,9•10-3 кг/с Скорость течения воды в каналах формы:
 VB = 4G/{ ρв••π•••d2)
 где ρв = 1000 кг/м - плотность воды
 
 Vв = 4 •14,9•10-3/( 1000•3,14•0,0202) =0,290 м/с
 Количество тепла QF , которое способна отвести система, охлаждения от формы в единицу времени:
 Q F = k•f(tф-tcp)
 где к - коэффициент теплопередачи от изделия к охлаждающей среде;
 f - площадь каналов охлаждения, f = π•d•L;
 tcp - среднее значение температуры в форме,
 tcp = 0,5(tH+tK) = 0,5(10+20) = 15 °С
 Конструкция системы охлаждения: считается работоспособной, если она отводит количество тепла QF не меньше, чем поступает в форму с материалом. Коэффициент теплопередачи К определяется тепловым сопротивлением стенки формы и коэффициентом теплоотдачи от формы к воде:
 К = [(δм / λм)+(1/а) ]-1
 где λм - теплопроводность металла формы,
 λм = 46,5 кДж / (м • с• °С)
 δм = 0.2-10-3 м характерное расстояние от изделия до канала охлаждения. При турбулентном течении жидкости в круглой трубе теплообмен определяется следующей критериальной зависимостью:
 Nw = 0.021 • Re 0.8 • Рr0.43
 Nw = a • d / λм Re = (VB / V) • d
 Где для воды при температурах близких к компотной Рr= 2,4;
 λм = 0,65 кДж / (м• с • °С) -теплопроводность воды;
 V =10-6 м2 / с - кинематическая вязкость воды.
 После необходимых подстановок получаем, что величина теплового потока QF, зависит от диаметра канала охлаждения:
 QF = A• d/(B+C+d1.8)
 где А = π• L{tф-tср), В = δм/ λм, С = 32(vв•ρв•π)0,8/λм
 А = 3,14•0,96(30 - 15) = 45.2 м°С
 В = 0,2•10 -3/46,5 = 0.0053•10-4 с•К/Дж
 С = 32(10-6•1000•3,14)0,8 /0,65 = 5•10-4
 QF = 45.2•0,020/(5,3•10-6+5•10-4 +0,251,8) = 660 Дж/с Вывод: конструкция системы охлаждения выполняет условие:
 QF>QМ
 0,660 кДж/с > 0,540 кДж/с
 
 4.3.11 Расчет вентиляционных каналов
 При заполнении оформляющей полости находящийся в ней воздух, а также газы, выделяющиеся из полимера, сжимаются, препятствуя заполнению формы. При этом температура газа может достичь ЗОО...4ОО°С. На изделии могут появиться дефекты в виде выраженных спаев в местах встречи потоков расплава, недолива, прижога (при литье толстостенных изделий). Кроме того, происходит растворение газа в отливке, приводящее к уменьшению прочности и деформации изделий. В связи с этим для вывода газов из оформляющего гнезда в форме предусматривают вентиляционные (газоотводящие) каналы в местах, заполняемых расплавом в последнюю очередь. Как правило, это наиболее удаленные от места впуска участки полости с максимальным сопротивлением течению, где газ сжимается. Площадь сечения вентиляционных каналов выбирают в зависимости от времени впрыска , высота каналов от 0,01 до 0,05 мм. В нашем случае воздух выходит за счёт естественных зазоров (места входа толкателей в пуансон и вход знаков, шиберов , которые оформляю поднутренния).
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 5. Стандартизация
 
 Структура и основное содержание структурных частей дипломной работы соответствует СТП СПбТИ 017-97 "КС УКДВ. Виды учебных занятий. Положение о выпускной квалификационной работы, дипломированного специалиста (инженера). Общие требования"
 Дипломная работа оформлена в соответствии с ГОСТ 7.32 - 2001 "СИБИД Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления."
 Наименования и обозначения физических величин соответствует ГОСТ8.417-81 ТСМ. Единицы физических величин" и СТП 2.055.005 - 79 "КСУКДВ. Единицы физических величин."
 Описание источников в "Списке использованных источников" выполнено в соответствие с ГОСТ 7.1 - 84 "СИБИД. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления" и рекомендациями Р 01 - 97 "Библиографическое описание. Примеры оформления".
 ГОСТ 2.105—95 Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам.
 ГОСТ 2.Ш—68 Единая система конструкторской документации. Нормоконтроль
 ГОСТ 9327—60 Бумага и изделия из бумага. Потребительские форматы.
 По охране труда и окружающей среды были использованы следу ю щи е стандарты системы ССБТ:
 - ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы.
 Классификация
 - ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности
 -ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования
 - ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к
 воздуху рабочей зоны
 - ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие
 требования безопасности
 - ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ. Электробезопасность. Термины и определения
 - ГОСТ 12.1. 010-6 ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования
 - ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность Общие требования
 - ГОСТ 12.1.016-79 ССБТ. Воздух рабочей зоны. Требования к
 методикам измерения концентраций вредных веществ.
 
 - ГОСТ 12.1.018-93 ССБТ. Пожарная безопасность. Электростатическая
 искробезопасность Общие требования
 - ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и
 номенклатура видов защиты
 - ГОСТ 12.1.029 - 80 ССБТ. Средства и методы защиты от шума.
 Классификация
 - ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление.
 Зануление
 - ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые
 значения напряжений прикосновение токов
 - ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие
 требования безопасности
 - ГОСТ 12.3.002- 5 ССБТ. Процессы производственные. Общие требования
 безопасности
 - ГОСТ 12.3.-030-83 ССБТ. Переработка пластических масс. Требования
 безопасности
 - ГОСТ 12.4.011 -89 ССБТ. Средства защиты работающих. Общие требования
 и классификация
 -ГОСТ 12,4.021-75 ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования
 - ГОСТ 12.4.124-83 ССБТ Средства защиты от статического электричества.
 Общие технические требования
 -ГОСТ 17.2,1.01-76 Охрана природы. Атмосфера. Классификация выбросов
 по составу
 - ГОСТ 17.2.3.02-78 Охрана природы. Атмосфера, Установление допустимых
 выбросов вредных веществ промышленными предприятиями
 
 - ГОСТ 17.2.4.02- 1 Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к
 методам определения загрязняющих веществ
 - ГОСТ Р 50923-96 Рабочее место оператора. Общие эргономические
 требования к производственной среде. Методы измерения.
 -ГОСТ Р 50948-96 Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности.
 - СНиП Н-4-79 Естественное и искуственное освещение. Нормы
 проектирования
 - СНиП 2.01.02-85 Противопожарные нормы
 - СНиП 2.2.2.542-96 Гигиенические требования к видеодисплейным.
 терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации
 работы
 - ПУЗ- 5 Правила устройства электроустановок
 НПБ 105-95Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности
 - СТПСП6ГТИ017-97 КС УКДВ. Виды учебных занятий. Положение о
 выпускной квалификационной работы дипломированного специалиста
 (инженера). Общие требования.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 6 Охрана труда и окружающей среды
 6.1.1 Характеристика опасных и вредных производственных факторов, свойственных данному процессу.
 Спроектированная литьевая форма предназначены для изготовления
 изделия «Витафон» из АБС, устанавливается на
 термопластавтомат.
 При получении изделий методом литья под давлением необходимо
 учитывать опасные и вредные факторы, сопутствующие эксплуатации
 машины в целом и литьевой формы в частности.
 Опасным называется производственный фактор, воздействие которого на
 рабочего в определенных условиях приводит к травме или другому
 внезапному ухудшению здоровья. Если производственный фактор,
 приводит к заболеванию или снижению работоспособности, то его
 считают вредным.
 Опасные и вредные факторы подразделяют на 4 группы [1]:
 — физические;
 — химические,
 — биологические;
 — психофизиологические.
 В нашем случае группа физических факторов включает такие опасные и вредные моменты производства как:
 — движение механизмов ТПА при смыкании и размыкании формы;
 — повышение уровня шума, вибрации, возникающего при смыкании и размыкании формы;
 — выход расплава в месте контакта сопла и литниковой втулки;
 
 — пониженная влажность воздуха из-за отдачи тепла от машины, формы и самого изделия;
 — нарушение целостности электрической цепи;
 — падение литьевой формы.
 К группе химически опасных и вредных факторов относятся вредные
 воздействия на организм человека сырого сырья, полуфабрикатов,
 литьевой продукции и отходов.
 Материал исходного сырья -АБС. При комнатной температуре
 АБС не выделяет в окружающую среду токсичных веществ и не
 оказывает вредного воздействия на человека. При нагревании АБС
 до 210- 220 С происходит выделение летучих продуктов
 термоокислительной деструкции с выделением в воздух паров стирола , нитрила акриловой кислоты , цианистого водорода и окиси углерода.
 Стирол -в концентрациях ниже 2мкг/м3 не наносит вреда здоровью работающего. При концентрациях ниже 2мкг/м3 на нервную систему действуют такие обратимые явления, как усталость или ослабление внимания. При более высоких концентрациях, около 8мкг/м3 , может наступить раздражение слизистой оболочки. Такие же явления наблюдаются при воздействии растворителя, при недостаточной вентиляции или чрезмерном потреблении алкоголя.
 Нитрил акриловая кислота - опасна при вдыхании, ядовит при приеме внутрь — вплоть до смертельного исхода. Паpы вызывают pаздpажение слизистых оболочек и кожи. Действует через неповрежденную кожу. При горении образуются ядовитые газы.
 Цианистый водород - сильнейший яд нейротоксического действия, блокирует клеточную цитохромоксидазу, в результате чего возникает выраженная тканевая гипоксия. Отравление сможет наступить при вдыхании паров синильной кислоты, при попадании ее на кожу или же в желудок. Всасывается очень быстро. Смертельная доза синильной кислоты - 50-100 мг, цианида калия - 200 мг. При вдыхании небольших концентраций синильной кислоты наблюдается царапанье в горле, горький вкус во рту, головная боль, тошнота, рвота, боли за грудиной. При нарастании интоксикации уряжается пульс, усиливается одышка, развиваются судороги, наступает потеря сознания. Кожа при этом ярко-розовая, слизистые оболочки синюшны.
 При вдыхании высоких концентраций синильной кислоты или при попадании ее внутрь появляются клоникотонические судороги, резкий цианоз и почти мгновенная потеря сознания вследствие паралича дыхательного центра. Смерть может наступить в течение нескольких минут (молниеносная или апоплексическая форма отравления).
 Двуокись углерода - газ, который вызывает удушье, судороги, поражает
 центральную нервную систему.
 Все выше перечисленные вещества обладают токсичным и раздражающим
 воздействием на организм человека и поэтому при переработке пластмасс,
 и в частности полипропилена, необходимо контролировать содержание в
 воздухе рабочей зоны вредных веществ. Содержание веществ не должно
 превышать ПДК. (См.
 таблицу 6.1)
 6.1.2 Мероприятия, принятые в проекте для обеспечения безопасности технологического процесса [15]
 
 Для обеспечения безопасности технологического процесса необходимо выполнять требования устранения непосредственного контакта рабочих с веществами, оказывающими вредное воздействие.
 Замену технологических процессов и операций, связанных с возникновением опасных факторов, процессами и операциями, при которых указанные факторы отсутствуют или обладают меньшей интенсивностью.
 Внедрение дистанционного управления процессами и операциями при наличии опасных и вредных производственных факторов.
 Герметизацию оборудования и коммуникаций, а также проведение процессов под разряжением для предотвращения выделения в рабочую зону опасных веществ.
 Использование систем получения информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов на отдельных технологических операциях.
 Применение систем контроля технологического процесса и управления им, которые обеспечивают защиту работающих, аварийное отключение производственного оборудования.
 
 
 
 
 
 
 
 
 Таблица 6.1 - Характеристика физико-механических пожаровзрывоопасных и токсических свойств сырья и готового продукта
 
 Вещест-ва Физико-механические свойства/3/ Пожаровзрывоопасные свойства /4/ Токсические свойства
 
 Агрегатное состояние Температуа кипения, °С Плотность, г / см3 Температура Пределы распространения пламени Характер действия на организм человека. /5/ Класс опасности /6/
 ПДКР.3.,мг/м3
 
 
 
 
 Вспышки, °С Самовоспламенения материала Температурные,
 °С Концентраци онные, об %
 
 
 
 
 
 
 
 
 Нижний Верхний Нижний Верхний
 Характер действия на организм человека. /5/
 
 Стирол Газообразное 145,2 0,9060 32O 480 1.2 8.9 Разрушительно воздействует на печень, почки, кислородный обмен
 3
 
 
 30
 
 
 0.01
 Диоксид углерода
 0.07 Не горюч Ингибирует ферменты, участвующие в активации кислорода, взаимодействуют с кровью
 
 4
 
 900
 Нитрил акриловая кислота
 77 0.8 -5 480 2,80 28,0 Канцероген. Обладает кумулятивными и токсическими свойствами.
 2
 0.05
 
 Цианистый водород
 26 0,90 17,8 538 5,40 46,0 Блокируется вся дыхательная цепь и развивается тканевая гипоксия, подавляется активность ферментов - каталазы, пероксидазы, лактатдегидрогеназы.
 
 2
 
 0.01
 
 
 
 6.1.3 Мероприятия, принятые в проекте для обеспечения безопасности технологического оборудования [2]
 
 Безопасность производственного оборудования обеспечивается
 рациональным выбором его принципов действия, конструктивных схем, а также безопасных элементов конструкции. Необходимо предусмотреть в конструкции применение специальных средств защиты, средств механизации, автоматизации. В полном объеме должны быть выполнены требования:
 Применяемые конструкции производственного оборудования, материалы не опасны и не вредны.
 Составные части производственного оборудования, в том числе приводы, трубопроводы, кабели и т.п. выполнены с таким расчетом, чтобы исключить возможность их случайного повреждения, вызывающего опасность.
 Движущиеся части производственного оборудования, если они являются источником опасности, ограждены или снабжены другими средствами защиты, обеспечена термостойкость изоляции электрических цепей.
 Элементы конструкции производственного оборудования не имеют острые углов, кромок и т.д., представляющих источник опасности.
 Конструкция производственного оборудования исключает возможность случайного соприкосновения рабочих с горячими частями. Нагретые элементы оборудования термоизолированы.
 Конструкцией производственного оборудования предусмотрены сигнализация при нарушении нормального режима работы, а в необходимых случаях - средства автоматической остановки и отключения оборудования от источника питания.
 Производственное оборудование имеет средства экстренной остановки.
 Токопроводящие части оборудования надежно изолированы или ограждены, либо находятся в недоступных местах; электрооборудование размещено внутри корпусов (шкафов) с заграждающимися дверями; металлические части производственного оборудования, которые могут вследствие неисправности оказаться под электрическим напряжением - заземлены.
 Производственное оборудование имеет встроенные устройства для удаления выделяющихся в процессе переработки вредных и пожароопасных веществ непосредственно от мест их образования или скопления.
 Конструкция производственного оборудования обеспечивает снижение уровней шума и вибрации до нормы.
 Ограждения рабочих органов, дверцы, щитки и т.п. имеют устройства, исключающие их случайное открывание, а также имеют блокировки, обеспечивающие прекращение рабочего процесса при открывании.
 Для предупреждения об опасности в качестве сигнальных элементов применяются звуковые, световые или цветовые сигнализаторы.
 Органы управления аварийного выключения красного цвета, отличаются формой и легко доступны для персонала. Исключена возможность пуска устранения аварийной ситуации.
 
 6.1.4 Организация пожарной безопасности проектируемого производства
 
 Таблица 6.2 - Классификация основных промышленных участков по НБП105-03, ПУЭ и СниП
 
 Производстный
 участок Применяемое
 вещество
 
 
 
 Количествовещества.
 кг. Категория
 помещения
 [7] Класс
 пожароопасны
 X ЗОН [12] Группа производственного
 процесса [6]
 Цех литья под
 давлением АБС 1000 ВЗ В-16 16
 
 
 Q
 q = —,
 S
 где Q - теплота сгорания , [МДж/кг]
 q - удельная пожарная нагрузка,[МДж/м2] QH - наименьшая теплота сгорания, [МДж/ кг] Q=QH • Gi
 Где Gi - количество материала, [кг] Q = 1000 * 35 = 35000 МДж/кг
 S - площадь помещения, [м2]
 
 
 
 35000
 g = ——— =388 МДж/м2
 90
 Так как g находиться в пределах 181 - 1400 то помещение относится к категории ВЗ
 Зоны класса В - Iб располагаются в помещениях, где как и в предыдущем случае, при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможно их образование только в результате аварий или неисправностей. Эти зоны отличаются одной из следующих особенностей:
 1. горючие газы в них обладают высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15 % и более);
 2. резким запахом (например, аммиачные компрессорные);
 3. горючие газы и пары имеются в небольших количествах, недостаточных для создания взрывоопасной смеси, при воспламенении которой может развиться избыточное давление не более 5 кПа и в которых работы с ГГ и ЛВЖ производятся без применения открытого огня (помещения зарядки аккумуляторных батарей, лаборатории и др.).
 Пожаробезопасность достигается предотвращением образования горючих сред в производственных помещениях и внутри технологического оборудования, исключением источников зажигания опасных сред, а также применением систем пожарной защиты.
 Исключение образования пожароопасных сред в производственных помещениях достигается выполнением следующих мероприятий:
 применением герметичного производственного оборудования;
 отводом образующихся горючих сред;
 использованием непрерывных процессов производства;
 применением рабочей вентиляции.
 Регламентацией горючих газов и паров в воздухе.
 Для предотвращения образования в горючей среде источников зажигания, необходимо предусмотреть:
 • Применение средств защиты от атмосферного электричества: молниезащита по III категории. [14]
 
 • Защиту от статического электричества - многократное заземление всего оборудования. [15]
 • Регламентация огневых работ.
 • Ограничение температуры нагрева горючих сред и оборудования.
 • Применение инструментов и оборудования, изготавливаемых из материалов, не дающих при соударении механических искр.
 • Обеспечение допустимой температуры на поверхности приборов систем отопления, которая не должна превышать 80% от температуры самовоспламенения находящихся в помещении горючих веществ.
 Для предотвращения воздействия на людей опасных и вредных факторов, возникающих в результате пожара, и сохранения материальных ценностей в проекте предусмотрено:
 применение в производстве минимально необходимых количеств пожароопасных веществ;
 применение быстро действующих отсеченных и обратных клапанов; применение средств коллективной и индивидуальной защиты людей.
 Применяются средства пожарной сигнализации и средства извещения о пожаре. Все производственные помещения обеспечиваются первичными средствами пожаротушения: внутренний пожарный кран и огнетушители пенные. Также устанавливается стационарная автоматизированная дренчерная установка пожаротушения, которая имеет автоматическое местное включение и одновременно выполняет функцию автоматической пожарной сигнализации.
 Для возможности тушения пожара необходимо предусмотреть технические средства - наружные пожарные лестницы, аварийные люки. Для предотвращения воздействия на людей опасных и вредных факторов, возникающих в результате пожара, необходимо установить количество эвакуационных путей и выходов.
 Эвакуация представляет собой процесс организованного самостоятельного движения людей наружу из помещений, в которых имеется возможность воздействия на них опасных факторов пожара.
 Защита людей на путях эвакуации обеспечивается комплексом объемно — планировочных, эргономических, конструктивных, инженерно — технических и организационных мероприятий. В проектируемом одноэтажном здании эвакуационный выход ведет наружу.
 Эвакуация представляет собой процесс организованного самостоятельного движения людей наружу из помещений, в которых имеется возможность воздействия на них опасных факторов пожара.
 Защита людей на путях эвакуации обеспечивается комплексом объемно — планировочных, эргономических, конструктивных, инженерно — технических и организационных мероприятий. В проектируемом одноэтажном здании эвакуационный выход ведет наружу.
 
 6.1.5 Мероприятия для обеспечения санитарно-гигиенических условий
 производственной среды.
 Для обеспечения нормальных метереологических условий и поддержания теплового равновесия между телом человека и окружающей средой предусмотрены следующие мероприятия:
 В помещениях предусмотрена естественная приточно-вытяжная вентиляция. Для локализации вредных веществ при выделениях тепла, создающих устойчивый восходящий поток, установлен вытяжной зонт над соплом термопластавтомата. Скорость аспирации от 0,5м3\с. [13]
 Относительная влажность в рабочих помещениях поддерживается в пределах 40-60 %.
 
 В холодные и переходные периоды года в помещении предусмотрено паровое отопление. Для теплого периода года осуществляется приточная вентиляция и кондиционирование воздуха
 Норма производственного шума должна составлять не более 85 дБ (определена при частоте 1000 Гц). Для этого предусмотрена изоляция источников шума и вибрации в виде стен, перегородок и экранов.
 Для освещения производственного помещения нормируется параметр-освещенность, который устанавливается по разряду зрительных работ IV группы и должен быть не менее 150 лк. Освещение обеспечивается естественным боковым освещением и лампами дневного света. [12]
 Помещение удовлетворяет требованиям Норм EN 60204-1.
 6.2. Охрана окружающей среды
 
 В процессе переработки полимеров могут происходить выбросы
 газообразных продуктов, твердых отходов и сточных вод, которые
 загрязняют окружающую среду.
 Наиболее радикальным способом защиты окружающей среды от выбросов является создание технологических процессов, при ведении которых количество отходов сведено до минимума.
 При литье под давлением в отходы идут заусенцы и литники. Если полимерные отходы появляются брак , по такие изделия дробят и используют для производства малоответственных изделий, таким образом , происходит утилизация отходов.
 Промышленная пыль состоит главным образом из мельчайших частиц,
 имеющих очень малую скорость падения, поэтому самоочищение
 атмосферы от пыли происходит очень медленно.
 Промышленные выбросы в атмосферу обычно поступают принудительно через дымоотводящие трубы и вентиляционные каналы. Этим достигается рассеивание газов и аэрозолей в относительно большом объеме воздуха.
 Из-за малых концентраций газов в воздухе очистка не применяется.
 Концентрация атмосферных токсинов в значительной мере зависит от
 температуры воздуха, облачности, тумана, осадков и других факторов,
 влияющих на скорость вертикального и горизонтального перемещения
 воздуха. Она снижается по мере удаления от места выброса, а ее
 абсолютные значения тем выше, чем больше мелких фракций содержится в момент выброса.
 На предприятии используется система оборотного водоснабжения, которая обеспечивает максимальное сохранение водных ресурсов и окружающей среды , а также система очистки сточных вод от машинного масла и ПАВ , в которых используются методы фильтрования и механические методы очистки.
 Таблица 6.3 - Характеристика производственных отходов
 
 Наименование отхода Агрегатное состояние Наименование вредных примесей Примечание
 Вентиляционные
 отходы Газ Формальдегид,
 диоксид углерода,
 ацетальдегид В атмосферу
 Сточные воды: Жидкость Механические примеси В канализацию
 Продувки оборотной системы; Жидкость Механические примеси В канализацию
 Ливневая вода; Жидкость Механические примеси В канализацию
 Хозяйственно-бытовые Жидкость ПАВ В канализацию
 Бракованные
 изделия Твердое в-во АБС В переработку
 
 7. Экономическая оценка проектных решений.
 В дипломном проекте производится проектирование двухгнёздной холодноканальной литьевой формы для получения изделия из АБС методом литья под давлением..
 
 7.1. Расчёт себестоимости формы.
 Перед началом расчёта себестоимости продукции необходимо провести расчёт себестоимости разрабатываемой формы для производства изделия «Аккумулятор». Далее включим себестоимость формы в себестоимость изделия.
 Сп = Зм + 3ОСН + Здоп + Зсс + Знакл
 где Сп, руб.- полная себестоимость формы,
 Зм, руб.- затраты на материал,
 3ОСН, руб.- затраты на заработную плату основных рабочих,
 Здоп руб.- затраты на дополнительную заработную плату,
 Зсс, руб.- затраты на социальное страхование,
 Знакл, руб.- затраты на накладные расходы.
 Пресс-форма спроектирована с использованием нормализованных покупных компонентов, которые потом дорабатываются. Стоимость компонентов составляет 50000 рублей.
 Затраты на материал для изготовления остальных деталей рассчитываем исходя из цены за 1 кг материала:
 Зд =М • Цм
 где - масса деталей, М=50 кг Цм -стоимость материала, Цм =80 руб.
 
 Зд= 50•80 = 4000 руб. Общие затраты на материалы и нормализованные компоненты составят:
 Зм = Зд + 3
 где Знк - затраты на нормализованные компоненты
 Зм= 4000 + 50000 = 54000 руб.
 Затраты на основную и дополнительную заработную плату:
 3ОСН = С • t
 где С - среднечасовая тарифная ставка рабочего 3-го разряда, С =
 30 руб/час
 t - общая трудоемкость изготовления, t = 1000 нормо/час
 30сн = 30- 1000 = 30000 руб.
 Дополнительная заработная плата составляет 20 % от основной:
 Зд0П = 0.2 • 30000 =6000 руб.
 Отчисления на социальные нужды составляют 35.6% от общей
 заработной платы: Зсс = 0.356 • (30ся + Здоп)
 Зсс = 0.356 • (30000+6000) = 13140 руб.
 Накладные расходы составляют 400 % от заработной платы и
 отчислений на на социальные нужды:
 Знакл = 4 • (3ОСН + Зд0П + Зсс)
 Знакл = 4 • (30000 + 6000 + 13140) = 196560 руб. Тогда полная себестоимость литьевой формы :
 Сп =30000 + 6000 + 13140 + 196560 + 54000 = 299700 руб.
 
 7.2. Проектируемый вариант
 Некоторые характеристики для формы: Стоимость литьевой формы - 300000 руб. Стоимость термопластавтомата surely xl400-
 300000 руб.
 Заработная плата рабочего литьевой формы - 8000 руб.
 
 Срок службы литьевой формы - 10 лет
 Длительность производства одного изделия -Тц =16 секунды
 Количество смен на предприятии С, С = 2 смены
 Продолжительность смены Тем, Тсм =7 часов.
 Вес изделия т, m = 40 грамм.
 Сырье - АBS Starex SD-0150-60руб./кг
 
 7.2.1 Расчёт годовой производительности.
 С учетом простоя оборудования в ремонте, найдем годовой выпуск
 продукции по формуле: Q=Тэф*3600*к /Тц,
 где Тэф- эффективное время производства изделия за год, часов к - гнёздность формы
 Тэф=Тн-П,
 где Тн - номинальный фонд рабочего времени за год, часов: Тн=Тг*С*Тсм,
 где Тг - количество дней в году;
 С - количество смен в сутки;
 Тс- продолжительность рабочей смены, часов.
 П - простои в планово-предупредительном, текущем
 и капитальном ремонтах, часов.
 Простой оборудования в ремонте составляет 10% от номинального фонда рабочего времени:
 П=0,1*Тн Тн=365*2*7=5110 часов
 П=0,1 *5110=511 часов
 Тэф=5110-511=4599 часов Q=4599*3600*1 /21= 788400 шт/год
 
 7. 2 ..2 Расчёт затрат на сырьё.
 Расход сырья за год рассчитываем по формуле,кг:
 G=Q*m G=788400*8*0.001*1=6307 кг/год Рассчитаем потери сырья, в которые входят: Безвозвратные:
 Хранение и транспортировка сырья 0,4%
 Литьё под давлением - 0,5%
 Потери при переработке возможного брака - 0,2%
 
 GПОТ=1,1*G,
 GПОТ =0,011* 6307 =69кг/год Итого необходимая масса сырья составит:
 Gг=G+ GПОТ
 Gг= 6307+69= 6376кг/год.
 Стоимость одного килограмма полимерного сырья АБС- 60 руб.
 Затраты на сырьё рассчитаем по формуле:
 Зм=Сг*Цм Зм=6376*60 = 382560 руб.
 
 7.2.3 Расчёт на годовой расход энергий.
 Необходимый годовой расход энергии приведен в таблице 8.
 Таблица 8
 Годовой расход энергии
 
 Термопластавтомат surely xl400
 Мощность нагревателей ,кВт 5,15
 Мощность привода инжектора ,кВт 6,3
 Мощность насоса, кВт 11
 Общая потребляемая мощность, кВт 22.45
 Количество единиц оборудования 1
 Эффективный годовой фонд работы оборудования, часов
 4599
 Годовой расход энергии, кВт 103247
 Неучтённое электрооборудование - 15% 15487
 Итого, кВт 118734
 
 Годовые затраты на силовуго электроэнергию при эксплуатации оборудования рассчитаем по формуле:
 Зэл=N*Тэф*Кспр*Цэл/(Кдв* Ксети), где N - расход электроэнергии в год ,кВт;
 Кспр - коэффициент спроса электроэнергии, Кспр =0.7;
 Цэл - цена за кВт/ч электроэнергии, Цэл= 0.9 руб.;
 Кдв - КПД двигателей, Кдв=0.85;
 Ксети - КПД кабельной сети, Ксети = 0.94;
 Зэл=118734* 1*0.7*0.9/(0.85*0.94)=93620 руб.
 
 7.2.4 Расчёт фонда заработной платы рабочих.
 Списочная численность работников предприятия представлена в таблице 9.
 Таблица 9 Количество обслуживающего персонала
 
 Категория работников Списочная численность, чел I
 Основные рабочие 2
 Вспомогательные рабочие 2
 ИТР и МОП 2
 Итого: 6
 Расчет фонда заработной платы представлен в таблице 10.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Таблица10
 Расчет фонда заработной платы
 
 Категория работников Основные рабочие Вспомогательные рабочие ИТР и МОП
 Численность, чел. 2 2 2
 Среднедолжностной
 оклад, руб. 12000 9000 12000
 Годовой фонд заработной платы,
 руб. 288000 216000 288000
 Премии (40%), руб. 115200 86400 115200
 Общий годовой фонд заработной платы ,руб. 403200 302400 403200
 Итого.. 1108800
 
 7.2.5 Расчёт себестоимости продукций.
 Себестоимость продукции рассчитывается по статьям калькуляции, которая составляется на весь годовой выпуск продукции и
 калькуляционную единицу продукции. В качестве последней принимается одна штука изделия.
 Статьи калькуляции:
 - сырье и материалы.
 Сырье –АБС, стоимость одного килограмма полимерного сырья-60 рублей. Норма расхода сырья на единицу продукции - 8 грамма. Также установлен расход материала на изготовление формы.
 - электрическая энергия.
 Она складывается из годового расхода энергии и энергии затраченной при изготовлении формы.
 - основная заработная плата основных производственных рабочих.
 - дополнительная заработная плата основных производственных рабочих
 - отчисления на социальное страхование
 - расходы на содержание и эксплуатацию оборудования. В статью включены все расходы связанные с поддержанием оборудования и формы в работоспособном состоянии.
 7.2.6 Расчёт сметы затрат на содержание и эксплуатацию оборудования и сметы цеховых расходов.
 Таблица 11
 Смета затрат на содержание и эксплуатацию оборудования
 Наименование статей расходов % Сумма, руб.
 Содержание производственного оборудования от стоимости оборудования 2 6000
 Текущий ремонт оборудования от стоимости оборудования 5
 
 5 15000
 Амортизация производственного оборудования от стоимости оборудования 10 30000
 Основная и дополнительная заработная плата обслуживающего персонала 302400
 Отчисления на социальные нужды 35.6 107654
 Прочие расходы от стоимости формы 30 45000
 Итого: 506054
 Результаты расчета затрат на содержание оборудования представлены в таблице 11.
 Данные по основной и дополнительной заработной плате берем из таблицы 10.
 Расчет цеховых расходов представлены в таблице 12.
 Таблица 12 Смета цеховых расходов
 Наименование статей расходов % Сумма, руб.
 Основная и дополнительная заработная плата обслуживающего персонала 1108800
 Отчисления на социальные нужды 35.6 404712
 Расходы по охране труда 10 110880
 Затраты на изготовление формы 300000
 Прочие общецеховые расходы, от стоимости предыдущих статей 15 288658
 Итого: 2213051
 
 7.2.7 Калькуляция себестоимости изделия.
 Калькуляционную себестоимость изделия рассчитаем в таблице 13, где расчет производится путем деления итоговых данных на годовой выпуск продукции.
 
 Таблица 13
 Калькуляция себестоимости изделия
 
 
 
 
 Наименование
 статей Единица измерения Цена, руб. Массовый расход на годовой выпу ск Ценовые затраты на годовой
 выпуск Расход на калькуляционн}ю
 единицу
 Сырьё и материалы кг 60 6376 382560 0.47
 Электроэнергия кВт/час 0,9 118734 93620 0.11
 Основная и
 дополнительная
 зарплата руб. 1108800 1.4
 Отчисления на социальные нужды руб. 35.6% 404712 0,45
 Расход на содержание и
 эксплуатацию оборудования руб. 96000 0,12
 Цеховые расходы руб. 699538 0.87
 Цеховая себестоимость руб. 2785230 3.4
 
 
 
 Наименование
 статей Единица измерения Цена, руб. Массовый расход на годовой выпу ск Ценовые затраты на годовой
 выпуск Расход на калькуляционн}ю
 единицу
 Общезаводские расходы руб. 20% 557046
 
 0.68
 Внедроизводственныс расходы руб.
 
 
 2% 55704.6
 
 0.07
 Полная себестоимость руб. 3397980.6
 3.9
 Нормативная рентабельность руб. 10% 339798
 0.42
 Оптовая цена руб. 3737778.6
 4.4
 
 При рентабельности размером в 10% оптовая цена на изделие «Вибрафон» составила 4 рубля 40 копейки.
 Определим срок окупаемости спроектированной литьевой формы по
 следующей формуле:
 Ток = Сп/ Пр
 где Пр-годовая прибыль , руб.
 Ток = 300000/ 339798= 0,74 года
 
 Вывод: Спроектированная форма исключает ручной труд , что понижает себестоимость изделия , которая составляла 5.1 рубля за изделие .
 
 Заключение
 
 В результате дипломного проекта была спроектирована двухгнёздная , шиберная , со сменными знаками литьевая форма для изготовления изделия “ Вибрафон” .
 Произведена оценка пригодности использования конкретной конструкций формующего инструмента . Кроме того были проведены : реологический расчет формы , который показал , что скорость впрыска расплава в форму под действием давления машины удовлетворительна ; расчет исполнительных размеров матрицы и пуансона ; расчет на прочность наиболее нагруженных деталей формы ; расчет системы термостатирования .
 В части дипломного проекта , посвященной охране труда и окружающей среды был произведен анализ вредных факторов производства и даны рекомендаций по их устранению.
 В проведенном экономическом расчете, определены себестоимость изделия и срок окупаемости спроектированной литьевой формы.
 В графической части дипломного проекта представлены следующие чертежи : сборочные чертеж модернизируемой и проектируемой формы , ее деталировка .
 Проведенные расчеты показали , что проектируемая форма удовлетворяет предъявленным к ней требованиям .
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Список литературы.
 
 1 ГОСТ 12.0.003-74. Система стандартов безопасности труда . Опасные и вредные производственные факторы . Классификация.
 2 ГОСТ 12.2.003-91. Система стандартов безопасности труда . Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
 3 Справочник химика . 2 изд., переработка и дополнения – Л.-М.: Госхимиздат , 1962
 4 Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Спра. Изд .: в 2-х книгах ./ Под ред. А.Н Баратова , А.Я Корольченко.- М., Химия , 1990.-496с
 5 Вредные вещества в промышленности . Т.1,2 . Под ред. Н.В . Лазарева .-М.-Химия.- 1977.-500с.
 6 ГОСТ 12..1.005 – 88 . Система стандартов безопасности труда . Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
 7 НПБ 105-95 . Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
 8 Правил устройства электроустановок . М. : главгосэнергонадзор России , 1998-607с.
 9 СН 305-77. Инструкции по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений.
 10 Правила защиты от статического электричества в производствах химической , нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности .- М.: Химия , 1977.
 11 ГОСТ 12.4.021-75 Система стандартов безопасности труда . Системы вентиляционные . Общие требования.
 12 СНиП 23-05-95 . Естественное и искуственнное освещение . Нормы проектирования . – М.: Стройиздат.- 1995
 13 Басов Н. И., Брагинский В. А., Казанков Ю. В. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов – М.: Химия, 1991.
 14 Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Под редакцией М.Ф Михалева – Л.: Машиностроение, 1984
 15 Технологическая оснастка для переработки термопластов Дубов К.Х., Шнейдерман М. А., Гречушкин Г.И Отраслевой каталог . М,, ЦНИИТЭстроймаш , 1983.
 16 Конструирование литьевых форм в 130 примерах Э. Линдер , П.Унгер под ред. А.П Пантелеева СПб .: Профессия , 2006.-336 стр ., ил.
 1.1 Общие сведения о процессе литья
 Области применения пластических масс в народном хозяйстве весьма разнообразны. Из них изготавливают изделия народного потребления, детали машиностроения, приборостроения, радиоаппаратуры и т.п. В большинстве случаев пластмассы используют как самостоятельный конструкционный материал, кроме того, они являются заменителем ряда дефицитных дорогостоящих материалов. В этой связи большое значение приобретают вопросы разработки пластмассовых изделий с учетом их технологических свойств и проектирования технологической оснастки (форм для литья под давлением и пресс-форм).
 Конструкция пластмассового изделия существенно влияет на конструкцию формы (зависящую от технологичности изделия) и качественные показатели изделия, которые, в свою очередь, зависят как от технологии его изготовления, так и от его конструкции. В связи с этим изделие следует конструировать одновременно с анализом его технологичности.
 Необходимо учитывать, что в ряде случаев ошибки, заложенные при разработке изделия, невозможно исправить выбором конструкции формы. При конструировании пластмассовых изделий стремятся к обеспечению рациональных условий течения материала в форме, повышению точности изготовления , уменьшению внутренних напряжений, коробления, цикла изготовления.
 Литье под давлением применяют для изготовления деталей из термореактопластов и термопластов .
 При литье под давлением материал в гранулированном или порошкообразном виде поступает в пластикационный цилиндр литьевой машины, где прогревается и перемешивается вращающимся шнеком (в шнековых машинах). В поршневых машинах пластикация осуществляется только в результате прогрева. При переработке термопластов цилиндр нагревают до 200-350 С, при переработке реактопластов до 80-120 С. Пластифицированный материал при поступательном движении шнека или плунжера нагнетается в литьевую форму, где термопласты охлаждаются до 20-120 С (в зависимости от марки), а реактопласты нагреваются до 160-200 С. В прессформе материал выдерживают под давлением для уплотнения, что значительно снижает усадку при охлаждении вне формы. Литьем под давлением производят штучные изделия. Этот способ является наиболее распространенным в переработке большинства промышленных термопластов. Его, но несравненно реже, используют также для изготовления деталей из некоторых разновидностей реактопластов. К основным достоинствам литья под давлением относятся: универсальность по видам перерабатываемых пластиков, высокая производительность в режиме автоматизированного процесса, высокая точность получаемых изделий, возможность изготовления деталей весьма сложной геометрической формы, недостижимой при использовании любых других технологий. Кроме того, литьем под давлением производят изделия армированные, гибридные, полые, многоцветные, из вспенивающихся пластиков и др. Метод позволяет формовать изделия массой от долей грамма до десятков килограммов. Известны примеры производства литьем под давлением деталей механизмов ручных часов (масса 0,006 г), оконных блоков и даже фрагментов ванных комнат с установленной арматурой (масса до 150 кг).
 Органической особенностью метода является его цикличность, что, в общем, сдерживает производительность этого процесса, по сравнению с непрерывными технологиями.
 Принципиально, суть технологии литья под давлением состоит в следующем . Расплав полимера подготовлен и накоплен в материальном цилиндре литьевой машины (в данном случае — червячного типа) к дальнейшей подаче в сомкнутую форму (позиция а). Далее, материальный цилиндр смыкается с узлом формы, а пластикатор (в данном случае — невращающийся червяк) осевым движением со скоростью Уос перемещает расплав в форму . В результате осевого движения червяка форма заполняется расплавом полимерного материала, а пластикатор смещается в крайнее левое положение . Далее расплав в форме застывает (или отверждается — в случае реактопластов) с образованием твердого изделия (позиция г). Материальный цилиндр продолжает оставаться в сомкнутом с системой формы положении. В этой ситуации червяк начинает вращаться, подготавливает и транспортирует расплав в переднюю зону материального цилиндра и при этом отодвигается назад. После накопления требуемого объема расплава вращение червяка прекращается . Он занимает исходное положение.
 Объем изделий ограничивается объемом материала, который может быть вытеснен червяком или поршнем при наибольшем ходе.
 В разновидности метода, называемом ИНТРУЗИЕЙ, возможно на той же машине изготовить изделия значительно большего (в 2-3 раза) объема. При обычном режиме литья под давлением материал пластицируется вращающимся червяком, а нагнетается в форму невращающимя червяком при поступательном его движении. При интрузии пластикационный цилиндр снабжается соплом с широким каналом, позволяющим материалу перетекать в форму при вращении червяка до начала его поступательного движения. Общая длительность цикла не увеличивается благодаря частичному совмещению отдельных переходов . Метод отличается высокой производительностью.
 Литье под давлением термопластов и реактопластов имеет некоторую специфику. При литье под давлением термопластов молекулы материала ориентируются в направлении течения, что сопровождается упрочнением материала в направлении течения. Поток расплава термопласта в форме расширяется и перпендикулярно направлению течения в нем возникают ориентационные напряжения - это является еще одной причиной возникновения остаточных напряжений - различие в скоростях и степени охлаждения материала в поверхностных и внутренних слоях.
 Ориентационные напряжения в готовом изделии уменьшить не
 удается, уменьшение их достигается изделия пластмасс путем подбора рабочих элементов конструкции прессформы. При литье деталей из линейных полимеров следует учитывать ориентацию молекул и место спаев потоков материала в зависимости от варианта расположения литника , где свойства детали отличаются. В местах спая обычно получают ухудшенные механические и многие другие свойства.
 Термические напряжения можно снизить либо уменьшением перепада
 температур между материалом и прессформой, либо при последующем нагреве готовых изделий.
 В ходе процесса под действием высоких температур и
 механических напряжений может происходить деструкция материала.
 Усадка в прессформе частично компенсируется ее подпиткой расплавом ,находящимся под давлением при охлаждении формы, поэтому основная усадка происходит изделия пластмасс после извлечения из формы изделия. Ориентация макромолекул при литье обусловливает и анизотропию усадки вдоль и поперек направления течения расплава.
 
 1.2 Методы литья под давлением
 Инжекционный метод — требуемый объем расплава (доза) накапливается в материальном цилиндре ЛМ и затем под высоким давлением (100-200 МПа) впрыскивается, инжектируется, в форму за короткий, измеряемый секундами, интервал времени. Это наиболее распространенный способ. Он позволяет получать изделия сложной конфигурации, с различной толщиной стенок, как из термопластов, так и из термореактивных пластиков, допускает использование многогнездных форм с различной литниковой системой. Особенность технологии — объем изделий с литниками не превышает паспортного объема впрыска используемой ЛМ.
 Интрузионный метод- применяется при червячном способе пластикации для получения толстостенных изделий. Его суть — вращением червяка расплав в режиме экструзии подается в пресс-форму и заполняет ее, после этого червяк останавливается и осевым движением подпитывает форму, компенсируя естественную усадку остывающего расплава. Особенность подобного способа — объем изделия может превышать паспортный объем впрыска ЛМ, но развиваемое в литьевой форме давление невелико, вследствие чего геометрия изделия не должна быть сложной, гнсздность формы ограничена, получение тонкостенных изделий затруднено, кроме того, необходимо учитывать термостабильность полимера.
 Инжекционно-прессовый - метод используется для получения изделий значительных по площади прессования, когда заполнение формы сопровождается существенным падением давления расплава в ее периферийных частях, что вызывает эффект разнопрочности изделия. Сущность технологии состоит в том, что давление на расплав в форме создается не только усилием инжекции (рис. 10.29, а), но и за счет прессового механизма узла смыкания (рис. 10.29, б). С этой целью применяются литьевые формы, конструкция которых допускает перемещение пуансона и после смыкания формы.
 Инжекционно-газовое литье (ИГЛ) относится к новым методам переработки термопластов с помощью Л М, и поэтому, в частности, его названия еще до конца не определилось. В литературе можно встретить название типа «литье с газом», «литье с подачей сжатого газа», GJD-TEHNJKA, GAS-Jngection Molding и др. Технологически процесс ИГЛ заключается в следующем (рис. 10.30).
 Расплав полимера инжектируется в форму, заполняя ее на 70-95% (рис. 10.30, а). Затем в форму через специальное сопло (рис. 10.30, в), или через ниппель в форме (рис. 10.30, б) подается под давлением газовая смесь, которая «раздувает» расплав, увеличивая тем самым толщину слоя полимера, образовавшегося при его соприкосновении с холодной стенкой формы, и способствуя заполнению конструктивных
 
 
 а)
 б)
 
 Рис. 1 Схема инжекционно-прессового литья:
 а — заполнение формы инжекцией расплава;
 б — создание давления в форме усилием узла смыкания
 
 Технология игл. Газовая смесь (азот, углекислый газ) может подводиться от компрессора или от баллона, важно чтобы ее давление было около 80 МПа. Ввод газа в форму может быть единичным или многократным, ступенчатым по величине давления.
 Технология ИГЛ позволяет экономить до 40% дорогостоящего полимерного материала за счет уменьшения толщины стенки изделия, сократить цикл изготовления на 25-35%, уменьшить вероятность брака за счет исключения таких видов дефектов, как утяжены , коробления, развитый облой.
 
 Кроме того, как показывает конструкцию и практика, инжекционно-газовая
 технология позволяет упростить понизить стоимость формующей оснастки.
 Существенная трудность ИГЛ-технологии состоит в необходимости высокоточного управления литьевой машиной, усложняется конструкция сопла, повышаются требования к расчету и качеству изготовления литниковой системы и сопряжений литьевых форм.
 Многослойное литье, относится к специальным видам, иногда называемым соинжекционными. Это название отражает общую особенность этих методов — обязательное участие в процессе двух, а в некоторых случаях и трех инжекционных узлов, в каждом из которых пластицируется полимерный материал с индивидуальными свойствами. Таким образом, появляется возможность получать многоцветные изделия, изделия, состоящие из различных видов пластмасс (поверхность из ПЭВП, а основной объем из вспененного полистирола), использовать вторичное полимерное сырье для внутренних, неответственных частей деталей, производить изделия гибридной конструкции II пр. Многослойное литье осуществляется несколькими способами.
 Сэндвич-литье заключается в попеременной подаче в литьевую форму полимерных расплавов из двух пластикаторов. При использовании червячных пластикаторов процесс может выглядеть так, как показано на рис. 2. Два инжекционных узла присоединяются к соплу, в конструкции которого предусмотрело переключающее устройство. Как правило, это управляемый игольчатый клапан (ИК). Клапан попеременно или одновременно соединяет с литьевой системой формы пластикационные узлы. По схеме (рис. 2) материал из узла I под высоким давлением и с высокой скоростью инжектируется в форму, образуя наружное покрытие изделия (рис. 2, а). Затем внутренний объем изделия заполняется материалом из узла 11 (рис. 2, б), после чего в работу повторно включается узел I, добавляющий остатки расплава в форму и «запечатывающий» изделие (рис. 2, в). Соинжекционное литье (рис. 3) требует применения сопла специальной конструкции, называемого также разделительной головкой. Эта технология позволяет получать изделия с числом слоев больше двух, с пожнем или частичным разделением цветов.
 Литье в многокомпонентные формы (Multi-component injection molding) позволяет получать изделия с четким разделением цветов, а также детали гибридной конструкции (рис. 3в), в которых из каждого полимерного материала исполнена центральная или периферийная часть. В этом случае инжек-ционные узлы выполняют традиционные функции, а конструкция детали определяется устройством литьевой формы. На представленной схеме литьевая форма имеет две литниковых системы (У и 2), постоянно сомкнутые с инжекционными узлами 1 и 11. В пуансоне формы имеются подвижные вставки 3, перемещаемые пневмоприводами 4. Вставки оформляют тот или иной конструкционный элемент изделия. Особенность этого метода состоит в том, что работа узлов инжекции происходит изолировано друг от друга. Поэтому если узел II в приведенном примере работает в режиме инжекции, то узел 1 может действовать в интрузионном режиме, благодаря чему объем части изделия, формуемой из полимера I, может иметь весьма значительный размер.Ротационное литье является разновидностью описанного выше способа, поскольку позволяет решать те же задачи (рис. 4), однако требует использования съемной вставки. После оформления центральной части изделия (узел I) вставка извлекается, а в образовавшийся объем инжектируется расплав из узла II. В цикл производства изделия ротационным литьем введена дополнительная операция размыкания формы и удаления (установки) вставки, что не способствует высокий производительности метода.
 С момента заполнения формы начинается затвердевание расплава охлаждением (термопласты) или отверждением (реактопласты). Параллельно с этим процессом, то есть будучи совмещенным с ним, в инжекционном узле ЛМ пластицируется и накапливается следующая доза расплава. Процесс подготовки последующей дозы обычно завершается в пределах длительности охлаждения изделия. Последнее, весьма короткое, действие цикла — раскрытие формы и удаление изделия.
 Термопласты в материальном цилиндре и в зоне сопла нагреваются до температуры переработки (160-300 °С), а затем в зоне литьевой формы охлаждаются до 50-120 °С. Реактопласты в цилиндре ЛМ нагреваются до температуры плавления олигомера (90-120 °С), а в зоне сопла и формы нагреваются дополнительно — до температуры отверждения.
 
 
 
 
 
 Рис. 3.
 Схема двухканального (а) и трехканалыного (б) соиижекционного литья под давлением с использованием двух- и трехинжекционных узлов
 
 
 
 
 
 Рис. 3 в.
 Схема многокомпонентного литья
 Съемная вставка
 
 
 Рис. 4.
 Схема ротационного литья
 
 Уменьшение вязкости расплава, в частности, может способствовать возрастанию пластикационной производительности червячного пластикатора. Так, увеличение температуры цилиндра от 210 до 280°С вызывает рост пластикационной способности ЛМ по полиолефинам примерно на 20 %. В то же время для блочного ПС нередко наблюдается обратное явление.
 С точки зрения технологии важно, что при нагревании полимерный расплав увеличивается в объеме. При охлаждении расплава в форме и его затвердевании плотность полимера возрастает, что приводит к значительной естественной усадке изделия. Это свойство расплавов необходимо учитывать при назначении технологического режима.
 Принципиально, чем выше температура, тем ниже плотность и больше значение удельного объема, величина которого определяется физическим и химическим строением полимера .
 При нагревании полимеров возрастает частота колебательных движений фрагментов макромолекул и увеличивается свободный кинетический объем. Это приводит к более заметной сжимаемости.
 Абсолютное большинство современных ТПА с червячной пластикацией оснащаются так называемыми универсальными червяками. Вместе с тем полимерные материалы отличаются, и порой весьма существенно, по своим физико-химическим особенностям. Достаточно сравнить такие крупнотоннажные пластики, как полиэтилен и полиамид, чтобы убедиться в том, что перерабатывать их одинаково эффективно с помощью геометрически сходных червячных пластикаторов весьма непросто. Действительно, переработка полиолефинов (ПЭВП, ПЭНП, ПП) эффективна с использованием червяков с короткой зоной загрузки, а для переработки ПА требуется червяк с так называемой продолжительной зоной загрузки, достигающей 55 % всей длины червяка. Таким образом, необходимо либо специализировать оборудование по виду перерабатываемых термопластов, либо перестраивать его при варьировании видов сырья. Разборка же инжекционного узла, извлечение червяка и замена его на новый — дело весьма хлопотное и трудоемкое. Такая операция сопровождается многочасовым простоем дорогостоящей высокопроизводительной техники.
 Подобные производственные потери особенно ощутимы в мелкосерийном производстве изделий из пластмасс разнообразного ассортимента, тем более в условиях, когда исполнитель располагает оборудованием ограниченной номенклатуры.
 Качественная картина действия давления пластикации (подпора) представляется следующим образом. Давление подпора замедляет отход червяка в процессе пластикации расплава, при этом скорость вращения червяка не изменяется. Соответственно, скорость прямого потока расплава в винтовом канале червяка уменьшается, а интенсивность обратного потока увеличивается, причем характер встречного движения расплава турбулентный. В конечном счете это способствует перемешиванию расплава в зоне дозирования и улучшению его гомогенизации.
 Значение противодавления зависит от вязкости расплава. Чем больше вязкость, тем выше рекомендуется противодавление. Для полимерных материалов низковязких ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПС, ПА — значение противодавления составляет 5-10 МПа, для АБС — 10-15 МПа, для ПК и полиацетатов целлюлозы — 15-20МШ, для ПММА - 25-30 МПа.
 При переработке пластмасс с низкой термостабильностью противодавление должно быть минимальным. Так, для ПВХ оно не превышает 5 МПа.
 Частоту вращения червяка выбирают исходя из допустимого значения окружной скорости, рекомендуемый интервал которой составляет от 0,05 до 0,3 м/с.
 Поскольку современные ЛМ имеют высокие значения пластикационной способности, и длительность процесса пластикации существенно меньше времени охлаждения расплава в холодноканальной форме, то применение приема с увеличением давления пластикации (подпора) не влияет на общую длительность цикла литья под давлением и на производительность термопластавтомата.
 
 1.3 Современные литьевые машины
 Современные литьевые машины (ЛМ) представляют собой сложные технические устройства, оснащенные разнообразными средствами автоматизированного управления параметрами технологического процесса. Нередко их называют термопластавтоматами (ТПА) или реактопластавтоматами (РПА) в зависимости от вида основного перерабатываемого материала.
 Конструкции литьевых машин весьма разнообразны. Основными классификационными признаками ЛМ являются усилие запирания формы (кН), то есть смыкания формы, создаваемое прессовым блоком, и объем впрыска или мощность, выражаемая числом кубических сантиметров расплава, которые могут быть подготовлены машиной для однократной подачи в литьевую форму. Выпускаемые промышленностью серийные литьевые машины, как правило, объединены в типоразмерные ряды по двум, указанным выше параметрам.
 Кроме того, ЛМ подразделяются по технологическим и основным конструктивным признакам:
 
 Таблица1 :
 по способу пластикации
 на одно-, двухчервячные, поршневые и чер-вячно-поршневые;
 
 по особенностям пластикации
 на ЛМ с совмещенной и раздельной пластикацией (предпластикацией);
 
 по количеству пластикаторов
 с одним, двумя и более пластикационными узлами;
 
 По числу узлов запирания формы
 ( узлов смыкания) одно-, двух- и многопозиционные (ротационные, карусельные);
 
 по конструкции привода
 электро- и гидромеханические, электрические;
 
 По расположению оси цилиндра , узла пластикаций и плоскости разьема. Горизонтальные , вертикальные и угловые
 
 Все функциональные блоки и устройства ТПА располагаются на жесткой раме (рис. 5, поз. 22). Гранулированный полимерный материал из бункера 1 поступает в материальный цилиндр 2, захватывается вращающимся шнеком 3 и транспортируется в направлении мундштука 8. При этом гранулированный материал нагревается, уплотняется в пробку и под действием тепла от трения о поверхность винтового канала червяка и поверхность цилиндра, а также за счет тепла от наружных зонных электронагревателей 4 пластицируется, то есть расплавляется под давлением, и, пройдя через обратный клапан 6, накапливается в зоне дозирования материального цилиндра. Под действием возникающего при этом давления червяк отодвигается вправо, смещая плунжер 25 и хвостовик с имеющимся на нем (условно) концевым выключателем 26. Установкой ответного выключателя на линейке 27 регулируют отход червяка и, следовательно, подготовленный к дальнейшим действиям объем расплава в зоне дозирования и мундштука 8. После срабатывания концевых выключателей 26 и 27 вращение червяка прекращается — требуемая доза расплава подготовлена. Далее, гидроприводом 5 пластикационный, называемый также и инжекционным, узел сдвигается влево до смыкания мундштука с литниковой втулкой, установленной в стойке 9. К этому моменту завершает смыкание частей прессформы 11 и 12 прессовый узел JIM. Он представляет собой, по сути, горизонтальный рычажно-гидравлический пресс, состоящий из задней 17 и передней 9 плит-стоек, соединенных, как правило, четырьмя колоннами 10 и 14, по которым смещается вправо (смыкание) и влево (размыкание) ползун 13. Ползун приводится в движение от рычажно-гидравлического механизма 15, 16.
 17 16 15 14 13 1112 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 23 24 25 26 27
 Рис. 5.
 Схема термопластавтомата с червячной пластикацией
 
 
 После приведения всех блоков в исходное состояние создается давление в гидроприводе 25 осевого движения червяка, который, действуя аналогично поршню, инжектирует расплав полимера из материального цилиндра в пресс-форму, где и образуется изделие. Наконечник 7, установленный на червяке, способствует уменьшению образования застойных зон после впрыска. В период формообразования изделия червяк приводится во вращение для подготовки следующего объема впрыска.
 После охлаждения расплава до заданной температуры форма раскрывается, и изделие с помощью выталкивателей или применением робототехнических устройств удаляется из рабочей зоны литьевой машины Все подвижные узлы ЛМ обеспечиваются энергоносителем от главного привода, состоящего из электродвигателя 18, насосного блока 19, установленного в маслосборнике, и системы трубопроводов высокого 20 и низкого 21 давления. Для вращения червяка в данной схеме служит гидродвигатель 24 с зубчатой передачей 23.
 К достоинствам машин описанного типа относят высокую производительность, универсальность по видам перерабатываемых материалов, удобство управления и обслуживания, а также надежность в эксплуатации.
 Определенный недостаток таких ЛМ, впрочем, как и всех термопластавтоматов с совмещенной пластикацией, состоит в существенных потерях при осевом движении червяка от трения материала о стенки цилиндра, что затрудняет достижение высоких скоростей впрыска.
 ЛМ состоит из узла пластикаций и узла запирания. Основными технологическими частями узла пластикаций являются материальный цилиндр , червяк и мундштук. Материальный цилиндр выполняется в виде толстостенной оболочки, в ряде случаев — с гильзой из высококачественной коррозионностойкой стали. На цилиндре устанавливаются кольцевые зонные электронагреватели. В стенке цилиндра высверлены глухие отверстия для термопар. Вблизи загрузочного отверстия в цилиндре предусмотрены каналы для охлаждения этой зоны.
 Принципиальное устройство червяка ЛМ (рис 6) отражает особенности его эксплуатации, заключающиеся в следующем: 1) периодичность вращения; 2) возвратно-поступательный характер движения вдоль оси цилиндра с высоким давлением на расплав в момент инжекции и 3) объем расплава, подготавливаемого к перемещению в форму, должен сохранять гомогенность , которая достигнута при пластикации полимерного материала.
 
 торпеда
 
 
 Рис. 6.
 наконечник
 Принципиальное устройство червяка
 
 Периодичность вращения вызывает необходимость ускорения процесса пластикации пластмассы, для чего частота вращения червяка может достигать 40 с . Кроме того, конструкция и размеры червяков существенно зависят от физико-химических свойств перерабатываемых полимерных материалов и реологических особенностей их расплавов. В связи с этим выделяют три группы червяков. Первая — предназначена для переработки кристаллизующихся и аморфных термопластов (ПЭ, ПС, ПММА и др.), вторая — для термопластов кристаллических с повышенной температурой и коротким периодом плавления (ПА, ПФ, и др.) и третья группа — для материалов с низкой термостабиль -ностью и склонностью к деструкции.
 Червяки первой и второй группы — трехзонные; червяки третьей группы, как правило, двухзонные.
 Полная длина червяков современных ЛМ составляет, как правило, 20, реже 25 диаметров (L = 20/5, рис. 6).
 Первая группа: /t = 0,351; /2 = 0,301 и /3 = 0,351.
 Вторая группа: /, = 0,551; /2 = 0,151 и /3 = 0,301.
 Третья группа: /, = 0; /2 = (0,6-0,8) и /3 = (0,2-0,4).
 Механизмы перемещения ползуна с прикрепленной к нему матрицей формы могут быть гидромеханические, гидравлические, электромеханические рычажные и электромеханические винтовые (рис.7). Наиболее распространены механизмы с гидроприводом, при этом в ЛМ малой и средней мощности применяются гидромеханические рычажные системы запирания. Их основные преимущества — высокие скорости перемещения формы; значительные усилия запирания; компактность и сравнительно небольшая металлоемкость.
 Гидравлические системы запирания позволяют развивать максимальные усилия, плавно, бесступенчато регулировать скорость движения ползуна, они не нуждаются в специальных устройствах для регулирования расстояния между плитами при смене.
 
 
 
 
 
 
 
 перемещения формы механические гидравлические
 
 
 перемещения сблокированные
 
 
 Рис. 7
 Разновидности устройства механизмов смыкания и запирания
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Таблица 2
 Возможные дефекты при литье:
 
 Дефект
 Причина дефекта Способ устранения
 1 2 3
 Полосы и продолговатые
 пузыри на поверхности
 изделия
 Влажность материала Подсушка сырья
 Матовые пятна па повер- хности изделия
 Перегрев расплава Понижение температуры расплава; полирование литниковых каналов
 
 Темные полосы на верхности изделия
 Местный перегрев материала; наличие мертвых зон в цилиндре и сопле Понижение температуры расплава; ликвидация мертвых зон
 
 Темные разводы и воз душные пузыри
 Своевременно не удален попавший в цилиндр воздух
 Повышение давления пластикации
 
 Пустоты в изделии
 Сильный нагрев (в результате сжатия) воздуха, попавшего в форму Улучшение условий выхода воздуха из полости формы; уменьшение скорости
 1 2 3
 Местный пережог детали
 Сильный разогр Сильный разогрев попавшего в форму воздуха, сжатие его и, как следствие, пережог материала
 
 
 То же
 
 Загрязнение изделия
 Попадание в материал посторонних частиц или наличие задиров на поверхности цилиндра, поршня или червяка
 Контроль за чистотой материала, поступающего в бункер; проверка поверхностей, соприкасающихся с материалом
 Пленка или пятна на поверхности изделия
 Соприкосновение расплава с маслом, чрезмерная смазка формы Проверка чистоты инжекционно-го цилиндра; очистка формы, уменьшение смазки
 
 Волнистая поверхность
 удаленной от литника Охлаждение расплава в процессе течения части изделия Повышение температуры материала и скорости впрыска
 
 
 
 
 
 
 
 1.4 Литьевые формы
 Литьевые формы предназначены для непосредственного получения изделий из расплава, подготовленного в узле пластикации ЛМ. Поэтому их функция состоит в приеме расплава, сто распределении по формообразующим объектам, в формовании изделий и затем в их выталкивании. Конструкции литьевых форм весьма разнообразны, что вызвано двумя главными причинами: широчайшим ассортиментом получаемых изделий и разнообразием перерабатываемых полимерных материалов. Кроме того, на конструкцию литьевых форм влияет вид материала (термо- или реактопласт), тип оборудования, характер производства, особые требования к изделиям и пр.
 С точки зрения состояния полимерного материала в течение цикла производства изделия литьевые формы для термопластов подразделяются па холодно- и горячеканальные. В холодноканальных формах во время цикла формования затвердевает весь объем поступившего в форму материала. В горячеканальных — определенная зона формы, горячая, постоянно заполнена расплавом, часть которого периодически поступает в формующие полости, расположенные в охлаждаемой зоне.
 Формы для реактопластов принципиально сходны с холодноканальными с тем отличием, что вместо охлаждающей системы они имеют нагревательные устройства, поддерживающие в формующей камере температуру, требуемую условиями отверждения полимера (160-200 °С).
 По числу оформляющих гнезд литьевые формы могут быть одно- и многогнездными (до 720), что, в свою очередь, определяет особенности литниковых систем.
 Форма (рис. 8) состоит из двух полуформ: подвижной I и неподвижной II закрепленных на плитах литьевой машины-автомата. Поверхности матрицы А и пуансона Б, непосредственно соприкасающиеся с расплавом, называются оформляющими, а внутренняя замкнутая полость, ограниченная этими поверхностями и заполняемая при впрыске расплавом, гнездом. Форма (рис. 8) включает пуансоны 11, матрицы 15 и плиты крепления - неподвижную 14 и подвижную 1 с фланцами 16 для точного центрирования формы относительно оси инжекционного цилиндра 18. В обойме 13 матрицы установлена литниковая втулка 17 с центральным литниковым каналом. Это - основная часть разветвленной литниковой системы. Радиус сферической поверхности втулки 17 на 1-2 мм больше радиуса сферы сопла литьевой машины, что обеспечивает плотное прилегание сопла к втулке, предотвращает утечку расплава и облегчает извлечение центрального литника. От центрального литникового канала к гнездам 12 подходят разводящие каналы; непосредственно у гнезд их сечение сужается, образуя впускные каналы. Матрицы 15 установлены в обойме 13, которая в свою очередь прикреплена к плите 14. Пуансоны 11 установлены в подвижной обойме 21 и крепятся с помощью промежуточной плиты 27. В пространстве между стойками 10, промежуточной плитой 27 и подвижной плитой крепления 1 расположена плита 4 выталкивателей. В ней установлены выталкиватели 7 для извлечения отливки, центральный выталкиватель 19 для удаления изделия пластмасс центрального литника, а также возвратные толкатели 23. Выталкиватели крепятся к плите выталкивателей с помощью плиты 3, которая воспринимает нагрузки от сил выталкивания и в исходном положении опирается на упор 2.
 Перемещение плиты выталкивателей при удалении отливки осуществляется по направляющим колонкам 8 направляющими втулками 9 с помощью хвостовика 6, а обратный ход - под действием пружины 5 и возвратных толкателей 23. Для точного центрирования пуансона относительно матрицы служат направляющие колонки 25, соединенные болтами с втулками 24 и направляющие втулки 26. После подхода подвижной части формы к неподвижной ,сопло инжекционного цилиндра 18 плотно прижимается к литниковой втулке 17 и происходит впрыск расплава полимера изделия пластмасс . Через центральный литниковый канал в литниковой втулке 17, разводящие и впускные каналы расплав заполняет гнезда формы. Температура внутренних поверхностей гнезд благодаря охлаждающей жидкости, циркулирующей в каналах охлаждения 22, существенно ниже температуры расплава, поэтому расплав охлаждается и отливка затвердевает. При размыкании формы ее подвижная часть отходит от неподвижной. При этом за счет усадки изделие и литники извлекаются из неподвижной матрицы 15 изделия пластмасс и перемешаются вместе с пуансоном 11 в подвижной части формы. Центральный литник извлекается из литниковой втулки с помощью захвата выполненного во втулке 20.
 
 
 Рис. 8.
 Конструкция типичной двухгнездной формы для литья под давлением кольцевой втулки из полиэтилена; а — форма раскрыта; б — форма сомкнута; I — подвижная , I I — неподвижная полуформы; 1 — подвижная плита крепления формы; 2 — упор; 3, 4 — плиты выталкивателей; 5 — пружина; 6 — хвостовик; 7 — выталкиватель; 8, 25 — направляющие колонки; 9 , 26 — направляющие втулки; 10 — стойка; 11 — пуансон; 12 — гнездо пресс-формы; 13 — обойма матриц; 14 — неподвижная плита крепления пресс-формы; 15 — матрица;16 — фланец; 17 — литниковая втулка; 18 — инжекционный цилиндр; 19 — центральный выталкиватель; 20, 24 — втулки; 21 — обойма пуансонов; 22 — канал охлаждения; 23 — возвратный толкатель; 27 — промежуточная плита
 
 При дальнейшем движении хвостовик 6 наталкивается на неподвижный упор машины и останавливает плиту 4 выталкивателей вместе с выталкивателями 7, которые и сбрасывают изделие вместе с литниками в приемную тару. После этого форма замыкается и цикл повторяется. Такая форма, из которой изделия и литники сбрасываются, не отрываясь друг от друга (получается цельная отливка), называется изделия пластмасс полуавтоматической, так как разделение производится позднее и, как правило, вручную.
 Таблица 3
 Оформление наружных поднутрений:
 
 Конструкция узла перемещения ПЭ
 Оформление поднутрений
 
 1 2
 
 
 
 
 Знак 3 крепится к ПЭ 5 планкой 1. Во время размыкания формы он перемещается в направляющих 2 с помощью наклонной колонки 4. В процессе замыкания формы колонка 4 перемещает ПЭ а исходное положение, а опорный клин 6 поджимает ПЭ.
 
 
 
 
 
 В этой многогнездной форме два ПЭ 2 с помощью знаков 1 оформляют боковые поверхности отливки. Буртик наклонного пальца 3 имеет форму конуса, поэтому отпадает необходимость в его подгонке по плите. Подвижный элемент поджат опорным клином 4.
 
 1 2
 
 
 
 
 Сквозное отверстие образуется знаком 2, вставленным в ПЭ 3, Знак 2 перемещается по направляющей .
 
 
 
 Чтобы удалить оформляющую деталь, не деформируя при этом отливку, ПЭ 4 перемещают с помощью наклонной колонки 3 под углом в направлении, показанном стрелкой. В открытом положении ПЭ 4 удерживается пружиной 2. прижимающей его к ограничителю 1.
 
 
 
 
 Плита съема 3 перемещает 1 вместе с изделием. Одновременно извлекаются расположенные под углом к продольной оси формы боковые знаки 4 с помощью наклонных пальцев 2. закрепленные 1 в обойме 1 пуансона.
 
 
 
 1 2
 
 
 
 
 При разъеме формы изделии , удерживаемое наклонным знаком 6, отходит от матрицы 4. В конце разъема плита съема 3, соединенная с плитой 2 выталкивателе 1 тягой (не показана), перемещается относительно подвижной части формы. Одновременно скос клина 5 освобождает головку знака 6, а скос клина 1 надвигается на нее .В результате плита съема перемещается вперед и снимает отливку , а знак 6 движется вверх.
 
 
 
 
 Наклонный палец 4. закрепленный в ПЭ 2, оформляет отверстие в отливке под углом к плоскости разъема формы. Сначала размыкание формы происходит по линий Б—Б. При этом захват рычага 3 удерживает на месте плиту а пальцы 4, двигаясь в наклонных отверстиях плиты 5, выходят из отливки и перемещают ПЭ 2 в направляющих плиты 6. К моменту подхода головки упора 7 к плите 5 копир /, действуя на рычаг 3, выводит его из зацепления с плитой 5. Благодаря этому происходит разъем формы по линии А—А и литники извлекаются.
 
 1 2
 
 
 
 
 
 
 
 
 Два наклонных пальца 3 закреплены в ПЭ 2. При разъеме формы по линии А—А отливки извлекаются из гнезд и удерживаются на наклонных пальцах 3. Натолкнувшись хвостовиком 6 на упор машины, выталкивающая система и соединенная с ней плита 5 останавливаются (подвижная часть с направляющими втулками 1 продолжает перемещение), и начинается разъем по линии Б—Б. При этом ПЭ 2 раздвигаются, и
 пальцы извлекаются из отливок,
 которые удаляются вместе с литниками выталкивателями 4.
 
 
 
 
 Конструкция, в которой опорная поверхность выполнена непосредственно на оформляющем знаке 1, а направляющее отверстие находится в ПЭ 3. Шибер 2 крепится к наружной части формы.
 
 
 
 
 1 Рассматривается механизм, у которого ПЭ 2 не имеет опорных скосов, так как давление расплава на ПЭ незначительно. ПЭ в верхнем положении удерживается фиксатор1
 2
 В этом случае ПЭ 1 перемещаются в направляющих, находящихся в неподвижной части формы, а шиберы 2 закреплены в плите подвижной части формы.
 
 В данном случае два ПЭ приводятся в действие одним шибером с двумя направляющими выступами.
 
 1.5 Литниковая система
 Литниковая система существенно влияет на работоспособность формы; именно из-за неточностей, неполадок в этой системе вероятнее всего получаются недоливы, раскрываются или „дышат" сомкнутые формы, приводя к образованию облоя на изделии , возникают значительные или многочисленные области „холодных" спаев потоков массы , заполняющей полость формы, появляются затруднения со своевременным отводом воздуха из литниковых каналов и полости формы по мере их заполнения расплавом (а это приводит к растворению газа в расплаве, к созданию в полости противодавления, способствующего недоливам; расположение газоотводящих каналов непосредственно зависит от особенностей литниковой системы). От конструкции литниковой системы зависят: производительность процесса (возможно прямо влиять на время впрыска расплава), качество изделия (возможно влиять на ориентацию материала, однородность температуры расплава, заполняющего полость и т.д.), экономия материала (можно сокращать или полностью ликвидировать отходы в виде затвердевших литников).
 Классификация литниковых систем выделяет системы, с затвердевающими, незатвердевающими и частично затвердевающими (точнее -затвердевающими только на отдельных участках, вблизи полости формы) литниками. Соответственно этому формы для литья под давлением и литниковые системы получили название холодноканальных, го-рячеканальных и комбинированных. Конструкции литниковых систем варьируются в зависимости от гнездности формы, числа впусков в одно гнездо, расположения литниковых каналов (в плане и относительно плоскости размыкания формы), конфигурации каналов и т.д. Все это позволяет классифицировать литниковые системы по соответствующим признакам. Выделим основные.
 
 1. Структура элементов литниковой системы. Как видно из рис. 9, литниковая система состоит из трех элементов: основного литникового канала , по которому расплав из материального цилиндра поступает в форму; разводящего канала, ответвляющегося от основного в сторону оформляющего гнезда; впускного канала, по которому расплав
 
 рис 9
 1-Литниковая втулка с основными каналами,
 2-центральный литник , 3 плита ,
 4 разводящий литник , 5- впускной литник
 
 непосредственно поступает в оформляющую полость. В зависимости от конструкции изделия и формы литниковые системы могут иметь: все три элемента, первый и третий, только первый (например, в одногнездных формах, особенно для крупногабаритных изделий, в оформляющую полость материал поступает прямо из основного канала), только третий.
 Основной канал выполняют в литниковой втулке, в этом канале образуется центральный литник. Разводящие каналы выполняют в литниковой плите (или в обойме матрицы ~ по плоскости разъема), в них образуются разводящие литники. Впускные каналы (с впускными литниками) являются продолжением разводящих каналов.
 2. Расположение литниковых разводящих и впускных каналов. На рис. 10 показаны возможные варианты расположения каналов с одним впуском в одно гнездо.
 Прямолинейное расположение позволяет разместить большое число гнезд при относительно малой массе .литников, удобно расположить охлаждающие каналы, Заполнение гнезд происходит неравномерно, ближние к литнику изделия охлаждаются раньше и изделия получаются разного качества (по точностным и прочностным параметрам). Радиальное расположение позволяет одновременно заполнить все гнезда, но конструктивно такое расположение охлаждающих каналов неудобно. При необходимости увеличивать число гнезд разводящие каналы удлиняются и увеличивается сечение основного литника, а это приводит к увеличению сопротивления течению массы и падению давления в оформляющей полости.
 Это в значительной степени устраняется при радиально-разветвляющемся расположении.В каждом конкретном случае можно рационально расположить разводящие и впускные каналы, т.е. так, чтобы заливка всех гнезд происходила одновременно. Принципиально любой тип расположения впускных каналов может быть реализован и в холодно-, и в горя-чеканальных литниковых системах, но в первых - большие возможности для разнообразия.
 3. Сбалансированность системы. По этому признаку литниковые системы делятся на сбалансированные к несбалансированные. Последние требуют специальной корректировки размеров поперечных сечений и протяженности разводящих и впускных каналов для обеспечения одновременности заполнения всех гнезд формы расплавом. Это особо важно при соответствующих требованиях к качеству изделий для прямолинейного, параллельного и рядного расположения гнезд в многогнсздных формах, а также при липче под давлением в одной многогнездной .Форме разных изделий, несколько различающихся по массе и размерам (в этом случае по существу должны решаться одно временно задачи распределенния масс и синхронности заполнения гнезд).
 Разводящие литниковые каналы. Поперечное сечение разводящих литниковых каналов определяется тем обстоятельством, что при впрыске расплава в литниковую систему наибольшей подвижностью и наибольшей скоростью обладает материал в центре потока, так как периферийные, близкие к стенкам канала зоны быстрее охлаждаются и расплав в них становится более вязким Поэтому отношение площади поверхности разводящего канала Fр.к к его объему Ур-К должно быть наименьшим, а отношение этой площади к периметру поперечного сечения Пр,к наибольшим. Одновременно с уменьшением передачи тепла от расплава к стенкам разводящего канала (при Пр_к -* min) и улучшением передачи давления-(при /р-к>> max) возможно при прочих равных условиях и обеспечить рациональную экономию материала, идущего на разводящие литники.
 Впускные литниковые каналы. Впускные каналы являются продолжением разводящих; они представляют собой суженную часть канала, непосредственно примыкающую к полости формы. Канал сужается с целью повышения скорости впрыска расплава в полость, повышения его температуры, текучести. Выбор места впуска связан с необходимостью обеспечения наименьшего пути течения массы, а также с движением потока по тому направлению, которое совпадает с направлением действующих при эксплуатации изделий наибольших усилий (следует принимать во внимание и перетекание расплава по полости формы от более толстых элементов изделия к более тонким). Важнейшей задачей является правильное конструирование переходного участка от разводящего к впускному литнику. Идеальное расположение впускного канала - по линии центра разводящего канала (это обеспечивает перетекание расплава в полость формы до полного затвердевания впускного литника). Такое расположение достигается только при круглом разводящем канале. Трапециевидный разводящий канал с этой точки зрения неудовлетворителен.
 
 
 
 
 
 Рис. 10
 Схемы расположения литниковых и впускных каналов (а — д) и движения расплава в полостях формы (е - к):
 а — прямолинейное расположение, б - радиальное, в — радиальное с разветвляющимися разводящими каналами, г — комбинированно»., д — параллельное и рядное, е — центральный литник, ж — точечный литник для плоскости, з — щелевой литник , и — точечный литник для кольца, к — точечный литник с двумя впусками; 1 — разводящий канал 2 —впускной канал
 
 Переход от разводящего канала к впускному нецелесообразен, так как при этом увеличиваются потери давления, а скорость течения повышается прежде, чем расплав попадает во впускной канал. Кроме того, остывающий на стенках канала материал „срывается" и попадает в оформляющую полость, что снижает качество изделия. Размеры и расположение впускных каналов определяются свойствами термопласта и особенностями изделия (его толщиной, объемом итп.).
 
 
 Рис. 11
 Конструкция и примеры установки стандартной центральной литниковой втулки:
 1 — плита крепления (заготовка по ГОСТ 22066—76); 2 — плита (заготовка по ГОСТ 20065—76); 3 — втулка центральная (по ГОСТ 22078 — 76); 4 — фланец (заготовка по ГОСТ 22081—76); 5 — втулка литниковая (по ГОСТ 22077-76)
 
 Рис. 12 Распространенные типы поперечного сечения разводящего литникового канала. Отношение площади сечения канала к его периметру /р,к/Пр_к равно:
 А - 0,25 D; Б - 0,25 D (для а) и 0,2В (для б); В - 0,153 D; Г - C,166D (при d = D/2), 0,1 D (при d - D/4) и 0,071 D (при d = D/5)
 Впускной литник должен иметь минимальные размеры, хорошо извлекаться из формы и легко отделяться от изделия, не оставляя на нем заметных следов. Но чрезмерное уменьшение сечения впускных каналов увеличивает потери давления и ухудшает условия заполнения формы, сильный дополнительный разогрев материала может привести к его деструкции. Чаще всего применяют впускные каналы круглого и прямоугольного сечений .
 Туннельные впускные каналы - это разновидность точечных каналов. Они всегда - часть разветвленной литниковой системы. Туннельные каналы проходят к оформляющей полости (чаще - снаружи, но при необходимости - и изнутри) через стенку матрицы, сбоку. Они выполняются коническими. Туннельный канал располагают под углом 20-50° к плоскости разъема формы. Между изделием и туннелем образуется острая кромка, отрезающая литниковую систему при удалении отливки из формы.
 Туннельные каналы можно использовать при переработке почти всех видов термопластов, кроме особенно хрупких, но целесообразнее применять их при переработке эластичных упругих материалов.
 Размеры изготавливаемых изделий практически не ограничивают применение туннельных литников. Применение туннельных литников позволяет автоматизировать процесс изготовления изделий из пластмасс, исключить необходимость их дальнейшей механической доработки, улучшить качество.
 При проектировании многогнездных форм с туннельными каналами особое внимание следует обращать на размеры и форму разводящих литниковых каналов, так как при извлечении туннельного литника разводящий литник изгибается. При литье хрупких материалов его следует изготавливать переменного сечения с уменьшением толщины в месте наибольшего изгиба. Диаметр разводящих каналов для туннельных впусков должен быть примерно на 1,5 мм больше наибольшей толщины отливки. На рис. 13 приведены примеры конструкций туннельных каналов. Располагать туннельные впускные каналы возможно и в неподвижной, и в подвижной полу форме.
 При расположении впуска в неподвижной части срез литника с изделия и его извлечение из туннельного канала происходит в момент раскрытия пресс-формы. При расположении впуска в подвижной части срез литника с изделия и его извлечение из туннельного канала происходит при раскрытой пресс-форме в процессе выталкивания изделия из литниковой системы. Расположение туннельного впуска в неподвижной части пресс-формы обеспечивает более надежный срез литника и позволяет легче автоматизировать работу формы. Рис. 13
 Конструкции туннельных впускных каналов:
 
 
 
 
 
 
 Рис. 13
 Конструкции туннельных впускных каналов:
 а — схема расположения литниковой системы; б —
 соотношения размеров исполнений / и //; в — варианты впусков внутрь изделия; г — расположение туннельного канала в неподвижной полуформе; д — расположение туннельного канала в подвижной полуформе
 
 
 
 
 
 
 
 2. Патентный поиск.
 Цель патентного поиска выявление аналогов конструкций элементов литьевых форм для получения изделий методом литья под давлением из АBS.
 Таблица 4
 Патентные документы, отобранные для последующего анализа
 № п/п Страна Наименование патента и индекс международной патентной классификации (МПК) Год Источник информации
 1 2 3 4
 1 США Литьевая форма. Пат.: 6832495. МПК С 03 В 9/40. Konica Corp., Hosoe Shigeru. № 09/867526. Заявл. 31.05.2001. Опубл. 21.12.2004.
 
 Патентуемая литьевая форма отличается высокой точностью позиционирования без использования сложных механизмов. 2001 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2005 год
 2 США Охлаждаемая форма для литья изделий из пластмасс, отличающаяся простотой изготовления. Пат.: 6550742. МПК В 29 С 51/1; В 29 С 51/42. Wahl David M. № 09/580049. Заявл. 27.05.2000. Опубл. 22.04.2003. 2000 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2004 год
 3 США Форма для изготовления литьем под давлением изделий из термопластов с отверстиями малого диаметра.
 Пат.: 5868490. МПК В 29 С 45/26. Campbell Michael T. Cascade Engineering Inc. № 502275. Заявл. 13.07.1995. Опубл. 09.02.1999. 2004 Реферативный журнал «Химия»
 2000 год
 4 США Способ и устройство для регулирования взаимного положения элементов литьевой формы. Пат.: 6936213 МПК В 29 С 45/37. Sorensen Research and Development Trust, Brown Paul Philip. № 10/715618. Заявл. 18.11.2003. Опубл. 30.08.2005.
 Патентуемый способ и устройство предназначены для регулирования взаимного положения элементов литьевой формы, используемой для изготовления тонкостенных изделий из пластмасс. Устройство позволяет обеспечить требуемую соосность элементов литьевой формы. 2003 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2006 год
 № п/п 1 2 3 4
 5 США Устройство для выталкивания готового изделия из литьевой формы. Пат.: 6837700. МПК В 29 С 45/40. Сlean Tech. International, Corp. Wagner A. № 09/154696; заявл. 17.09.1998; опубл. 12.02.2002. 2002 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2005 год
 6 США Литьевая форма с трубчатым устройством водяного охлаждения для литья под давлением изделий из пластмасс. Пат.: 6425752. МПК В 29 С 33/04;
 В 29 С 49/64. Check. John M. № 09/526626. Заявл. 16.03.2000. Опубл. 30.07.2002. 2000 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2003 год
 7 США Устройство для извлечения готового изделия из литьевой формы. Пат.: 6991208. МПК В 29 С 39/36.
 Hayes Lemmerz International Inc, Herman Trent S.
 № 10/023966. Заявл. 18.12.2001. Опубл. 31.01.2006. 2001 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2006 год
 8 США Литьевая форма с усовершенствованным выталкивающим устройством.
 Пат.: 6929464. МПК В 29 С 45/40. Futuda Corp, Suzuki Tadao. № 10/390618. Заявл. 19.03.2003. Опубл. 16.08.2005.
 
 Особенность патентуемой литьевой формы для литья изделий из пластмасс заключается в том ,что что она оборудована усовершенствованным механизмом для выталкивания готового изделия из формы. Выталкивающий стержень механизма содержит систему для отвода газов из литьевой формы. 2003 Реферативный журнал «Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение»
 2005 год
 9 США Форма для литья под давлением полимерных изделий с устройством для удаления воздуха из ее внутренней полости. Пат.: 6042361 МПК
 В 29 С 33/10. Winget Larry J., Murphy John F.
 № 09/041333. Заявл. 12.03.1998. Опубл. 28.03.2000. 1998 Реферативный журнал «Химия»
 2002 год
 
 3. Постановка задачи дипломного проекта.
 На оснований данных аналитического обзора и патентного поиска принято решение , в дипломном проекте главное внимание уделить модернизаций основной детали , виброакустического аппарата – « Витафон».
 В разрабатываемой оснастке должно быть предусмотрено автоматическое отделение изделия и литника .
 Конструкцию оснастки для литья , выбираем из патентного поиска .Оформление наружных поднутрений осуществляем съёмными знаками и шиберами , принцип действия взят из таблицы 3 . Расположение литниковых каналов формы выбрано радиальное рис .10 .
 Берём параболическое поперечное сечение разводящего литникового канала рис .12 ,так как оно обеспечивает хорошее заполнение формы и минимальные потери тепла.
 Выбираем туннельный впускной канал рис .13 , который располагаем в неподвижной части формы ,срез литника с изделия и его извлечение из туннельного канала происходит в момент раскрытия пресс-формы.
 
 4. Технологическая часть
 4.1 Характеристика используемого материала
 Первым и важнейшим этапом процедуры выбора материала является определение эксплуатационных требований к изделию. Особое внимание при этом обращают на наиболее критические факторы, к которым относятся прозрачность, температура эксплуатации (минимальная, максимальная) и продолжительность ее воздействия (кратковременно, долговременно) , агрессивное воздействие внешней среды (влага, излучения, химические вещества), характер и предельные величины механических нагрузок, требования к точности, контакт с пищевыми продуктами, лекарствами и др.
 На практике задача формирования требований к изделию нередко упирается в проблему отсутствия надежной информации о температуре и механических нагрузках, действующих на изделия. Необходимо учитывать, что завышенные требования по температуре эксплуатации на 10-20 оС могут привести к значительному удорожанию изделия.
 На основании требований к изделию определяется перечень требований к характеристикам материала, определенных стандартными методами (именно эти характеристики приводятся в справочной литературе, фирменных проспектах и базах данных). Часто такая задача является очень сложной, и причин тут несколько.
 Во-первых, свойства полимерных материалов сильно зависят от условий испытаний. Например, на прочность большое влияние оказывает скорость деформирования, на ударную вязкость образца с надрезом – геометрия надреза и т.д. Характеристики материалов, определенные по разным стандартам (ГОСТ, DIN, ASTM) не совпадают.
 Во-вторых, максимально допустимые напряжения в изделиях из термопластов могут быть на порядок меньше стандартных значений прочности (таблица), что затрудняет оценки.
 В результате анализа выбираем обычный ABS , так как ABS удолетворяет нашим требованиям и обеспечивает заданные показатели .
 Класс, группа материалов. Стирольные пластики, сополимеры стирола . Термопласты общего назначения.
 Структура. Аморфный материал.
 Температура эксплуатации. Обычный ABS выдерживает кратковременный нагрев до 90 - 100 оС, т.н. "теплостойкий ABS" - до 110 - 130 оС. Макс. температура длительной эксплуатации: 75 - 80 оС (теплостойкие марки: до 90 - 100 оС). Температура стеклования: 80 - 125 оС. Температура хрупкости: -35 -45 оС
 Механические свойства. Обладает высокой стойкостью к ударным нагрузкам по сравнению с GPPS, HIPS, SAN. Износостоек. Механические свойства меняются в широких пределах в зависимости от состава сополимера.
 Электрические свойства. Диэлектрические свойства хуже, чем у GPPS, HIPS.
 Атмосферостойкость. Не стоек к УФ-излучению.
 Химическая стойкость. Стоек к щелочам, смазочным маслам, растворам неорганических солей и кислот.
 Контакт с пищевыми продуктами. Допускается (спец. марки).
 Переработка. Имеет высокую размерную стабильность. Рекомендуется для точного литья.
 Дает блестящую поверхность (имеются специальные марки с повышенным и пониженным блеском). Рекомендуются для тонкостенного литья (марки с высокой текучестью).
 Последующая обработка. Пригоден для нанесения гальванического покрытия, вакуумной металлизации (спец. марки), а также для пайки контактов. Хорошо сваривается.
 Применение. Один из наиболее часто применяемых материалов (корпусные детали).
 Ближайшие аналоги: HIPS, SAN, ASA, AES, ACS, ABS + PA, ABS + PBT, ABS + PC,
 ABS + PMMA, ABS + PVC, MABS, SMA, MBS, MS.
 
 4.1.1 Химическая структура
 АБС-пластик - двухфазный привитой сополимер бутадиена и акрилонитрил-стирольного сополимера (SAN):
 
 рис 14
 
 АБС-пластики содержат 5-35% акрилонитрила, 10-40% бутадиена, 25-80% стирола. Свойства материала зависят от соотношения компонентов:
 При повышении содержания акрилонитрила повышается:
 - теплостойкость
 - прочность
 - твердость
 - химическая стойкость
 При повышении содержания бутадиена повышается:
 - ударопрочность
 - стойкость к низким температур
 При повышении содержания стирола повышается:
 - жесткость
 - твердость
 - перерабатываемость
 - блеск
 Большие влияние на свойства материала оказывают размер частиц каучуковой фазы (полибутадиена), адгезия на границе раздела фаз, молекулярная масса полимера матрицы и привитого полимера и др. факторы.
 Иногда вместо бутадиенового каучука при синтезе используется бутадиен-стирольный каучук.
 Термин "термостойкий ABS" трактуется по разному в разных странах, в качестве критериев теплостойкости обычно применяются температура изгиба под нагрузкой 1.8 МПа или температура размягчения по Вика для нагрузки 50 Н.
 Термостойкий ABS может содержать 4-й компонент: альфаметилстирол, N-фенилмалеинимид (материал Denka Malecca компании Denki Kagaku Kogyo) и др.:
 
 рис15
 альфаметилстирольное N-фенилмалеинимидное
 звено звено
 Так называемый "прозрачный АБС" (transparent ABS) является сополимером метилметакрилата, акрилонитрила, бутадиена и стирола (MABS).
 
 
 Таблица 5
 Характеристики марочного ассортимента
 (минимальные и максимальные значения для литьевых промышленных марок)
 Показатели
 ABS 1
 ГОСТ 14254 96 ABS
 теплостойкий 2
 1 2 3
 Физические
 Плотность (23 оС), г/см3 1.02 - 1.06 1.03 - 1.08
 Механические
 Предел текучести при растяжении (23 оС), МПа 34 - 52 37 - 54
 Прочность при растяжении (23 оС), МПа 26 - 47 31 - 55
 Модуль упругости при растяжении (23 оС), МПа 1700 - 2930 1800 - 2800
 Относительное удлинение при растяжении (23 оС), % 6 - 100 7 - 70
 Разрушающее напряжение при изгибе (23 оС), МПа 52 - 95 63 - 86
 Модуль упругости при изгибе (23 оС), МПа 1700 - 3000 1800 - 2700
 Модуль ползучести (23 оС, 1000 ч) 800 - 1900 1900
 Ударная вязкость по Шарпи (без надреза, 23 оС), кДж/м2 60 - NB 60 - NB
 Ударная вязкость по Шарпи (без надреза, -30 оС), кДж/м2 60 - 170 50 - 80
 Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом, 23 оС), кДж/м2
 5 - 47 6 - 24
 1 2 3
 Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом, -30 оС), кДж/м2 3 - 26 2 - 13
 Ударная вязкость по Изоду (с надрезом, 23 оС), кДж/м2 10 - 40 12 - 22
 Твердость при вдавливании шарика (23 оС, 358 Н, 30 с), МПа 70 - 125 94 - 120
 Твердость по Роквеллу (23 оС) R80 - R116 R101 - R116
 Коэффициент Пуассона (23 оС) 0.37 - 0.41
 Теплофизические
 Температура размягчения по Вика ( 10Н), оС 90 - 119 101 - >130
 Температура размягчения по Вика ( 50Н), оС 80 - 108 91 - 129
 Температура изгиба под нагрузкой (0.45 МПа), оС 95 - 99 98 - >119
 Температура изгиба под нагрузкой (1.8 МПа), оС 74 - 108 83 - 119
 Коэфф. линейного термического расширения (23 - 55 оС), 1/ оС (0.5 - 1.1) х 10-4 (0.6 - 0.9) х 10-4
 Коэффициент теплопроводности (23 оС), Вт/(м.оС) 0.2 0.13 - 0.30
 Электрические
 Удельное объемное электрическое сопротивление (23 оС), Ом.см 1013 - 1016 1014 - 1015
 1 2 3
 Удельное поверхностное электрическое сопротивление (23 оС), Ом 1013 - 1016 1015 - 1016
 Диэлектрическая проницаемость (23 оС, 100 Гц) 2.7 - 3.5 2.6 - 3.0
 Диэлектрическая проницаемость (23 оС, 1 МГц) 2.6 - 3.2 2.7 - 3.1
 Тангенс угла диэлектрических потерь (23 оС, 100 Гц) 0.005 - 0.015 0.006 - 0.011
 Тангенс угла диэлектрических потерь (23 оС, 1 МГц) 0.007 - 0.015 0.005 - 0.014
 Дугостойкость (23 оС, 3 мм), с 69 - 102
 Контрольный индекс трекингостойкости, В 400 - 600 600
 Другие
 Водопоглощение (23 оС, 24 ч, при погружении), % 0.2 - 0.3 0.3
 Водопоглощение (23 оС, равновесное, при погружении), % 0.3 - 1.8 1.0
 Блеск, для марок с повышенным блеском (23 оС, угол 60 о), % 93 - 99
 Физические
 Плотность (23 оС), г/см3 1.07 - 1.26 1.27 - 1.41
 Механические
 Предел текучести при растяжении (23 оС), МПа 35 - 40
 1 2 3
 Прочность при растяжении (23 оС), МПа 31 - 50 95 - 105
 Модуль упругости при растяжении (23 оС), МПа 1700 - 2850 6200 - 9700
 Относительное удлинение при растяжении (23 оС), % 10 - 70 1.5 - 2
 Разрушающее напряжение при изгибе (23 оС), МПа 55 - 80 130 - 160
 Модуль упругости при изгибе (23 оС), МПа 2100 - 2600 6200 - 9400
 Ударная вязкость по Шарпи (без надреза, 23 оС), кДж/м2 44 - NB
 Ударная вязкость по Шарпи (без надреза, -30 оС), кДж/м2 35 - NB
 Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом, 23 оС), кДж/м2 6 - 20 6 - 10
 Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом, -30 оС), кДж/м2 2.5 - 9 7 - 8
 Твердость при вдавливании шарика (23 оС, 358 Н, 30 с), МПа 78 - 102
 Твердость по Роквеллу (23 оС) R95 - R114 R104 - R117
 Теплофизические
 Температура размягчения по Вика ( 10Н), оС 84 - 105 103 - 113
 Температура размягчения по Вика ( 50Н), оС
 78 - 107 94 - 116
 1 2 3
 Температура изгиба под нагрузкой (0.45 МПа), оС 77 - 87 102 - 116
 Температура изгиба под нагрузкой (1.8 МПа), оС 68 - 97 90 - 112
 Коэфф. линейного термического расширения (23 - 55 оС), 1/ оС (0.7 - 1.0) х 10-4 (0.2 - 0.8) х 10-4
 Коэффициент теплопроводности (23 оС), Вт/(м.оС) 0.22
 Электрические
 Удельное объемное электрическое сопротивление (23 оС), Ом.см 1015
 Удельное поверхностное электрическое сопротивление (23 оС), Ом 1014 - 1015
 Диэлектрическая проницаемость (23 оС, 100 Гц) 2.9 - 3.2
 Диэлектрическая проницаемость (23 оС, 1 МГц) 2.9 - 3.1
 Тангенс угла диэлектрических потерь (23 оС, 100 Гц) 0.005 -0.007
 Тангенс угла диэлектрических потерь (23 оС, 1 МГц) 0.008 - 0.012
 Электрическая прочность (23 оС), кВ/мм
 9 - 40 20 - 30
 1 2 3
 Дугостойкость (23 оС, 3 мм), с 10 - 70 65 - 75
 Контрольный индекс трекингостойкости, В 400 - 500
 Другие
 Водопоглощение (23 оС, 24 ч, при погружении), % 0.3 0.15 - 0.3
 Водопоглощение (23 оС, равновесное, при погружении), % 0.3 - 1.0 0.7
 
 
 4.1.2 Примеры применения
 -Детали интерьера и экстерьера автомобиля. Панели приборов и другие детали салона. --- -Решетки радиатора автомобиля. Колпаки автомобильных колес.
 -Корпусные детали, работающие в помещении: корпуса телевизоров, радиоприемников, магнитофонов, видеомагнитофонов, пылесосов, кофеварок, пультов управления, телефонов, факсовых аппаратов, компьютеров, мониторов, принтеров, калькуляторов, другой бытовой и оргтехники.
 -Металлизированные детали бытовой техники и оргтехники.
 -Конструкционные детали электротехнического назначения. Выключатели, переключатели.
 - Корпуса электроинструмента.
 - Канцелярские изделия. Настольные принадлежности.
 - Игрушки. Детские конструкторы (Лего).
 - Чемоданы. Контейнеры.
 - Посуда для самолетов.
 - Дверные ручки.
 - Металлизированная сантехническая аппаратура (вентили, душевые рассекатели, мойки, поддоны, сливные бачки). Металлизированные украшения. Мебельная фурнитура.
 - Фитинги.
 - Детали медицинского оборудования. Медицинские принадлежности (гамма- стерилизация).
 - Смарт-карты.
 
 Критерии устойчивости:
 Материал считается устойчивым, если выполняются все условия: 1) увеличение веса не более 3% или уменьшение веса не более 0.5 %; 2) изменение механических показателей (прочность, относительное удлинение, модуль) не более 15%; 3) нет видимых изменений образца (растрескивание, изменение цвета и т.д.).
 Материал считается частично устойчивым, если выполняются условия: 1) увеличение веса не более 3 - 8% или уменьшение веса 0.5 - 5 %; 2) изменение механических показателей (прочность, модуль упругости) 15 - 50%; 3) нет существенных изменений образца (растрескивание, изменение цвета и т.д.).
 Материал считается неустойчивым, если выполняется хотя бы одно из условий: 1) увеличение веса более 8% или уменьшение веса 5 %; 2) изменение механических показателей (прочность, модуль упругости) более 50%; 3) есть существенные изменения образца (растрескивание, изменение цвета и т.д.); 4) растворение образца.
 
 4.1.3 Переработка
 Условия литья
 
 рис 16
 Температура расплава: 190 - 240 оС; 240 - 280 оС.
 
 Таблица 6
 Пример задания температур по зонам:
 материал: фирма: сопло: зона 3: зона 2: зона 1: бункер: примечание:
 АБС 0809 Пластик-Узловая 215-235 205-225 195-215 185-205 общ. назначения
 ABS HF350
 LG 210-230 210-230 200-220 190-200 огнестойкая
 материал: фирма: сопло: зона 3: зона 2: зона 1: бункер: примечание:
 Starex SR-0300 Cheil 210-230 210-230 200-220 180-200 теплостойкая
 Starex SR-0330M Cheil 230-260 230-260 220-250 190-220 теплостойкая
 
 Температура формы: 40 - 80 оС.
 Скорость впрыска: 240 - 540 мм/с.
 Макс. скорости сдвига при впрыске: 40 000 - 50 000 1/с.
 Давление выдержки: 40 - 80 МПа.
 Линейная скорость вращения шнека при загрузке: 150 - 250 мм/с (для стеклонаполненных марок не более 150 мм/с), по другим данным 550 - 650 мм/с.
 Противодавление: 0.3 - 0.7 МПа (для теплостойких марок 0.5 - 1.0 МПа).
 Подушка (крайнее переднее положение шнека): 3 - 7 мм.
 Температура потери текучести: 135 - 150 оС.
 Максимальное время пребывания расплава в цилиндре: 4 - 15 мин. При более длительных перерывах рекомендуется очистить машину. Для чистки машины рекомендуется применять HDPE, ABS, SAN.
 Допускается добавление макс. 25% вторичного материала.
 Примечание: Режим литья конкретной марки может отличаться от приведенных здесь данных.
 Сушка
 Допустимая влажность: < 0.1 % (0.05% для гальваники).
 Температура сушки: 70 - 80 оС (для теплостойких марок 80 - 90; 90 - 100; 100 - 110 оС в зависимости от марки).
 Время сушки: 2 - 3 ч (для теплостойких марок 3 - 4 ч). Сушка более 16 ч не допускается. Примечание: время сушки зависит от типа сушилки.
 Точка росы (осушенного воздуха): -18 оС.
 Литьевая машина
 Шнек: L/D = 20:1 - 25:1. Степень сжатия: 2 - 2.5.
 Для переработки трудногорючих и стеклонаполненных марок рекомендуется применять бронированные шнек и цилиндр.
 Сопло: открытое, с максимально возможным диаметром отверстия.
 
 Пресс-форма
 Для трудногорючих марок обычно не применяют горячеканальные пресс-формы с плитой-распределителем из-за низкой термостабильности полимера.
 Для трудногорючих марок не рекомендуется использовать медно-бериллиевые сплавы для формующих элементов, т.е. на них образуется налет из-за хим. реакции.
 Последующая обработка
 Окрашивание: акриловые, алкидные, эпоксидные, эпоксимеламиновые, полиэфирные, полиуретановые краски. Очистка перед покраской: 1) протирка изопропиловым спиртом; 2) очистка в водном растворе детергента при 50 - 60 оС в кислой (pH = 3 - 4), нейтральной (pH = 8-9) или щелочной среде (pH > 11). Высокий уровень остаточных напряжений (> 10 МПа) в детали может вызывать растрескивание при окрашивании).
 Металлизация: 1) вакуумная (Al), рекомендуется предварительная обработка поверхности в тлеющем разряде, поверх рекомендуется защитный слой; 2) гальваника (спец. марки).
 Склеивание: 1) эпоксидные, полиуретановые, акриловые клеи; 2) раствор АБС в метилэтилкетононе или смеси (1:1) метилэтилкетона с циклогексаноном.
 Вибросварка. Прижимающее усилие: 1 - 2 Н/мм2. Поступательное движение: частота 100 - 300 Гц, амплитуда: 0.6 - 0.9 мм. Двухосевое осциллирующее движение: частота 80 - 250 Гц, амплитуда: 0.4 - 0.7 мм.
 Тепловая сварка. Температура: 230 - 410 оС. Прижимающее усилие: 0.4 - 0.8 Н/мм2.
 Сварка ультразвуком. Частота 15 - 40 кГц. Амплитуда (при 20 кГц): 20 - 30 мкм.
 Лазерная маркировка: для спец. марок.
 Безопасность при переработке
 Температура воспламенения: 285 - 370 оС.
 Пыль - взрывоопасна (нижний предел взрываемости: 12 - 16 г/м3).
 При переработке АБС выделяются пары стирола, нитрила акриловой кислоты, цианистого водорода, окиси углерода. Также могут выделяться пары альфа-метилстирола, толуола, бензола, этилбензола и т.д.
 Альфа-метилстирол - оказывает наркотическое действие, вызывает раздражение слизистой оболочки глаз, носа, гортани; нарушает функции центральной нервной системы и печени; влияет на кроветворные органы; обладает мутагенным действием.
 Бензол - оказывает наркотическое действие, действует на центральную нервную систему; вызывает повреждение кроветворных органов; обладает раздражающим действием; поражает печень.
 Нитрил акриловой кислоты - угнетает активность дыхательных ферментов; поражает нервную систему; хорошо всасывается через кожу.
 Окись углерода - угнетает дыхательные ферменты крови и тканей; вызывает удушье; поражает центральную и периферическую нервную систему.
 Стирол - оказывает наркотическое действие, вызывает раздражение слизистой оболочки глаз, носа, гортани; нарушает функции центральной нервной системы и печени; влияет на кроветворные органы; обладает мутагенным действием.
 Толуол - оказывает наркотическое и раздражающее действие; нарушает функции нервной системы; влияет на кроветворные органы; вызывает сухость, трещины кожи, дерматиты.
 Цианистый водород - нарушает тканевое дыхание, поражает дыхательный и сосудисто-двигательный центры; может вызывать сильное падение кровяного давления, паралич дыхания; приводит к дегенеративным изменениям в цнтральной нервной системе.
 Этилбензол - вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей; нарушает функции нервной системы и печени; проникает через кожу.
 
 4.2 Описание разрабатываемой формы .
 Проектируемая форма является двухгнёздной.
 Для получения отливки со сложной наружной поверхностью, с боковыми отверстиями, поднутрениями на наружной поверхности (резьбой) применяются раздвижные полуматрицы, боковые знаки. Для перемещения этих деталей перпендикулярно направлению замыкания формы они выполняются как одно целое с ползунами и крепятся к ним. Шибера перемещаются с помощью наклонной колонки по направляющим, выполненным в подвижной части формы.
 Пластицированный АБС из сопла литьевой машины через литниковую втулку , разводящий канал и впускной литник , попадает в формующую полость формы. После стадий заполнения , выдержки под давлением и охлаждения, форма раскрывается.
 Во время размыкания формы шибер вместе со знаком перемещается в направляющих подвижной обоймы . В процессе замыкания формы наклонная колонка перемещает шибер в исходное положение, а запорный клин (замок) поджимает ползун, разгружая его от давления расплава в форме, которое передается на боковой знак. Для предотвращения самопроизвольного выхода ползунов из направляющих или смещения их в разомкнутой форме применяются упоры и фиксаторы.
 При размыкании формы ее подвижная часть отходит от неподвижной. Наклонная колонка, закрепленная в неподвижной части формы, заставляет перемещаться по направляющим шибер вместе с боковым оформляющим знаком. При этом боковой знак выходит из отливки, что позволяет при дальнейшем движении вытолкнуть отливку из форм выталкивателями , которые и сбрасывают изделие вместе с литниками в приемную тару. После этого форма замыкается и цикл повторяется.
 Для охлаждения изделия в плите матриц , пуансонов , в матрице просверлены охлаждающий канала .
 Система центрирования состоит из направляющих колонок втулок.
 При транспортирований и установке для предотвращения их раскрытия , полуформы фиксируют друг относительно друга монтажной планкой , к которой крепится рым болт.
 
 4.3 Расчетная часть
 
 4.3.1 Компьютерный расчет
 
 Компьютерный расчет параметров литья под давлением изделия , осуществлялся с помощью программ : Plastic Insight и Solid Works . При помощи последней была получена компьютерная модель изделия , по которой осуществлялся расчет всех параметров при помощи первой программы .
 На рисунке 17 представлены возможные воздушные ловушки. Эта информация может понадобиться для ликвидаций возможных дефектов при литье.
 
 Рис. 17 Воздушные ловушки
 
 
 
 На рисунке 18 представлено время заполнения формы расплавом полимера . Это время вносит свой вклад во время цикла процесса литья под давлением .
 
 рис. 18 Время заполнения формы расплавом
 Рисунок 19 показывает рассчитанное время охлаждения изделия в форме . Этот параметра является наиболее весомым из всех влияющих на время цикла параметров.
 
 рис.19
 Максимальное давление в форме представлено на рисунке 20 . Оно понадобится нам при расчете на прочность формообразующих деталей формы.
 
 рис.20
 Программой был так же предложен наиболее оптимальный профиль впрыск для данного изделия , изображенный на рисунке 21 . Эта информация понадобится при наладке литьевой машины при производстве изделия.
 
 рис. 21
 Профиль впрыска
 
 При расчете гнездности формы нам понадобится информация об усилии запирания , изображенная на рисунке 22.
 
 рис .22
 
 4.3.2 Расчет исполнительных размеров матрицы
 При изготовлении для получения точных размеров необходимо учитывать линейную усадку и деформацию матрицы. Поскольку наибольшая деформация матрицы равна, а исполнительные размеры не посадочные, то деформацией матрицы и пуансона можно пренебречь. Поскольку линейная усадка составляет 0.7%, линейные размеры нужно увеличить на это значение:
 
 
 Допуск формы:
 
 Где - допуск размера изделия ; - номинальный размер формы; - максимальная усадка материала; - минимальная усадка материала; - колебание усадки материала изделия; - средняя усадка
 
 Размер матрицы:
 
 где - исполнительный размер матрицы, мм
 - приведенный номинальный размер изделия с симметрично расположенным допуском, мм
 - допуск на изготовление .
 Размер пуансона:
 
 Где - приведенный номинальный размер
 Допуск меньшего размера матрица:
 
 
 мм
 
 Исполнительный размер меньшего размера матрицы для посадочной части:
 
 
 Аналогичным способом считаются все исполнительные размеры формообразующих деталей.
 
 4.3.3 Расчёт гнёздности
 Таблица 7
 Характеристика ТПА surely xl400
 Узел впрыска
 Диаметр шнека мм 26
 Длина/диаметр см³ 24
 Теоретический объем впрыска г 66
 Вес впрыска 60
 Скорость инжекции г/с
 Скорость пластикации г/с 7
 Давление впрыска МПа 245
 Оборот шнека об/мин 255
 Запорное устройство
 Усилие запирания КН 580
 Максимальный шаг открывания мм 270
 Расстояние между колоннами мм 310X310
 Максимальная толщина формы мм 320
 Минимальная толщина формы мм 120
 Шаг толкателя мм 70
 Усилие толкателя КН 22
 Количество толкателей ед. 1
 Общие
 Максимальное давление насоса МПа 17,5
 Мощность двигателя насоса КВт 11
 Мощность нагрева КВт 5,15
 Габаритные размеры М 4,04x1,0x1,72
 Объем масла Л. 180
 
 
 Расчет числа гнезд производится исходя из трех параметров:
 1) объем впрыска
 2) пластификационная производительность литьевой машины
 3) усилие смыкание формы
 Из полученных значений выбирается наименьшее и принимается за максимально возможное.
 
 
 
 
 
 1. Объем впрыска
 
 Где - объем впрыска машины, см3;
 - плотность материала, г/см3;
 G – масса отливки, г;
 - коэффициент объема литниковой системы (=1.2 для горячего канала и =1 для холодного);
 
 
 2. Пластификационная производительность литьевой машины
 
 Q – пластификационная производительность литьевой машины, г/с;
 - время цикла, с (расчет на оснований программы Moldflow );
 - коэффициент, характеризующий перерабатываемость материала
 
 
 
 3. Усилие смыкания формы
 
 где - номинальное усилие смыкания формы, кН. Примем 580кН;
 Р – давление формования, Па. Примем 11000Н/см2;
 - площадь проекции изделия на плоскости разъема формы, которая составляет 15.89 см2;
 - коэфффициент учета площади литников (=1,2).
 
 Из проведенных расчетов видно, что минимальное количество гнезд во втором случае, поэтому окончательно принимаем 2-и гнездную форму.
 
 4.3.4 Прочностные расчеты .
 Напряжения, которые возникают в деталях формы могут вызвать деформацию ,которая в свою очередь будет влиять или на качество отливки ( если эта деталь является оформляющей) или из-за этой деформаций напряжения будут передаваться на детали , которые не предназначены для её восприятия и форма может потеря свою работоспособность. Напряжения которые возникают в деталях вызваны действием следующих сил:
 1. Усилием запирания формы.
 2. Давлением впрыска расплава в оформляющую полость.
 3. Весом деталей формы.
 Усилие запирания формы действует на такие детали как: плита крепления формы подвижная , стойки , плита промежуточная , пуансон , матрица.
 Давление впрыска расплава в оформляющую полость вызывает напряжения в оформляющих деталях , приводящие к деформация или в аварийных случаях к разрушению деталей по опасным сечениям . Давление впрыска вызывает напряжние в таких деталях как матрица и пуансон .
 
 4.3.5 Расчет направляющих колонок.
 Диаметр центрирующих колонок определим из условия их прочности на изгиб под действием веса наиболее тяжелой из двух полуформ. Таковой является
 подвижная полуформа. Ее вес определим, исходя из габаритов по формуле
 Н = 0.240 м
 А = 0,270 м
 В = 0,130 м
 Р = 0.240 • 0.270 •0.130 •7200 • 10 = 606 Н
 Схему нагружения представим в виде консольно закрепленной балки, представленной на рисунке 4.11. Ra
 
 
 
 L
 
 
 F
 Рисунок 4.11. Схема нагружения.
 Расчет будим проводить для одной направляющей колонки. При этом сила, действующая на нее, должна быть в четыре раза меньше веса полуформы. Но, в силу погрешностей изготовления, примем силу F равной 151.5 Н.
 Из условия равновесия определим реакцию опоры, которая делится на поперечную силу Ra и изгибающий момент Ма.
 
 Ra=151.5 Н
 Ма= F• L
 
 Где L - длина балки, м. Она определяется из конструктивных
 соображений. В нашем случае длина составляет 0,07 м. Ма= 151.5•0,07 = 10.6 Н-м
 Эпюры изображены на рисунке 23.
 Эпюры ихгибающего момента и поперечной силы.
 
 
 Рис. 23
 В нашем случае:
 
 
 
 По четвертой теории прочности:
 
 
 
 Примем наихудший вариант.
 
 Примем коэффициент запас равным 2 и подставив в уравнение все известные величины , выразим диаметр колонки:
 
 
 
 
 d=0,02 Ближайшая стандартная колонка имеет диаметр 20 мм.
 
 4.3.6 Расчет на прочность формообразующих деталей.
 В матрице возникают напряжения от давления расплава полимер 10МПа ( на оснований программы Moldflow рис. 20 ) . Расчет будем проводить с помощью программы Cosmos Works.
 
 
 
 Максимальное напряжение 317 МПа , предел текучести стали 620МПа
 Рис. 24
 Эпюра напряжений
 
 рис. 25
 Эпюра перемещений
 Максимальное перемещение 1.42902e-005 м что удовлетворяет допуску.
 
 
 
 рис. 26
 Проверка проектирования
 
 Коэффициент запаса прочности больше единицы К=2.7 . Условие прочности выполняется.
 Вывод: толщина стенок матрицы и пуансона ( выполненного из той же стали ) имеют большой запас по прочности. При впрыске расплава под давлением деформация стенок оформляющих деталей незначительна по сравнению с полем допуска .
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4.3.7 Расчет на прочность плиты крепления.
 Усилие запирания формы 500КН действует на плиту крепления , поэтому рассчитаем её на прочность. Расчет будем проводить с помощью программы Cosmos Works.
 
 
 
 
 рис. 27
 Эпюра напряжений
 Максимальное напряжение 36 МПа , предел текучести стали 220МПа
 
 
 
 рис. 28
 Эпюра перемещений
 Максимальное перемещение 8.2477e-006 м что удовлетворяет допуску.
 
 
 
 рис.29
 Проверка проектирования
 
 Коэффициент запаса прочности больше единицы К=9.5 . Условие прочности выполняется.
 Вывод: толщина стенок плит имеют большой запас по прочности. При смыкании формы давлением деформация стенок плит незначительна по сравнению с полем допуска .
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4.3.8 Расчет времени цикла
 Определим время цикла из следующего выражения:
 
 где время охлаждения
 
 где - среднее значение толщины отливки, мм;
 а – коэффициент тампературопроводности материала, см2/с;
 - температура расплава при входе в форму;
 - температура литьевой формы;
 - температура отливки в конце охлаждения, в конце формы.
 
 расчетное время охлаждения соответствует рис.19 , проведенного программой Moldflow
 
 
 4.3.9 Расчет усилия выталкивания изделия
 Для определения усилия выталкивания определяют величину деформации изделия, то есть уменьшение толщины стенки за счет сжатия или усадки объема:
 ,
 где - усадка материала изделия;
 Растягивающее напряжение в отливке:
 , (МПа)
 - модуль упругости термопласта (для ABS 1700-3000МПа)
 
 Удельное давление отливки на пуансон:
 , (МПа)
 где - средняя толщина стенки изделия;
 d – эффективный диаметр пунсона
 
 Усилие выталкивания:
 , (МПа)
 где f – коэффициент трения пластмасс по стали;
 - площадь боковой поверхности отливки
 4.3.10 Расчет системы охлаждения
 Время охлаждения в форме до температуры, при которой изделие извлекается из матрицы, надежно исключая опасность повреждения. Диаметр охлаждающих каналов d = 8 мм, хладагент - вода, допустимая разность температур воды:
 - на выходе tн =10°С.
 - на выходе tK =20°С.
 Общая длина охлаждающих каналов, L = 0,96, м; масса отливки m= 0,020 кг.
 Количество теплоты, содержащееся в порции расплава, которое должно быть передано стенкам формы в течение цикла, может быть определено из соотношения;
 QM = c•m• (tm-tcp)/τ ц
 где с=2,45кДж/кг-К -теплоемкость АБС;
 tm = 220 °С - температура расплава, поступающего в форму;
 tcp = 30 °С - средняя температура изделия после охлаждения;
 τ ц = 21 с - время цикла ;
 Отсюда количество тепла, поступающего в единицу времени:
 Qм = 2.45 •0.020 • (210-40)/21 = 0,540 кДж/с
 Массовый расход воды, необходимой для отвода тепла,
 поступающего в форму:
 G = Qм/[ с в (tк- tн) ]
 где св = 4,18 кДж/(кг°С) - теплоёмкость воды;
 G = 0,540 /[4,18(20-10)] = 14,9•10-3 кг/с Скорость течения воды в каналах формы:
 VB = 4G/{ ρв••π•••d2)
 где ρв = 1000 кг/м - плотность воды
 
 Vв = 4 •14,9•10-3/( 1000•3,14•0,0202) =0,290 м/с
 Количество тепла QF , которое способна отвести система, охлаждения от формы в единицу времени:
 Q F = k•f(tф-tcp)
 где к - коэффициент теплопередачи от изделия к охлаждающей среде;
 f - площадь каналов охлаждения, f = π•d•L;
 tcp - среднее значение температуры в форме,
 tcp = 0,5(tH+tK) = 0,5(10+20) = 15 °С
 Конструкция системы охлаждения: считается работоспособной, если она отводит количество тепла QF не меньше, чем поступает в форму с материалом. Коэффициент теплопередачи К определяется тепловым сопротивлением стенки формы и коэффициентом теплоотдачи от формы к воде:
 К = [(δм / λм)+(1/а) ]-1
 где λм - теплопроводность металла формы,
 λм = 46,5 кДж / (м • с• °С)
 δм = 0.2-10-3 м характерное расстояние от изделия до канала охлаждения. При турбулентном течении жидкости в круглой трубе теплообмен определяется следующей критериальной зависимостью:
 Nw = 0.021 • Re 0.8 • Рr0.43
 Nw = a • d / λм Re = (VB / V) • d
 Где для воды при температурах близких к компотной Рr= 2,4;
 λм = 0,65 кДж / (м• с • °С) -теплопроводность воды;
 V =10-6 м2 / с - кинематическая вязкость воды.
 После необходимых подстановок получаем, что величина теплового потока QF, зависит от диаметра канала охлаждения:
 QF = A• d/(B+C+d1.8)
 где А = π• L{tф-tср), В = δм/ λм, С = 32(vв•ρв•π)0,8/λм
 А = 3,14•0,96(30 - 15) = 45.2 м°С
 В = 0,2•10 -3/46,5 = 0.0053•10-4 с•К/Дж
 С = 32(10-6•1000•3,14)0,8 /0,65 = 5•10-4
 QF = 45.2•0,020/(5,3•10-6+5•10-4 +0,251,8) = 660 Дж/с Вывод: конструкция системы охлаждения выполняет условие:
 QF>QМ
 0,660 кДж/с > 0,540 кДж/с
 
 4.3.11 Расчет вентиляционных каналов
 При заполнении оформляющей полости находящийся в ней воздух, а также газы, выделяющиеся из полимера, сжимаются, препятствуя заполнению формы. При этом температура газа может достичь ЗОО...4ОО°С. На изделии могут появиться дефекты в виде выраженных спаев в местах встречи потоков расплава, недолива, прижога (при литье толстостенных изделий). Кроме того, происходит растворение газа в отливке, приводящее к уменьшению прочности и деформации изделий. В связи с этим для вывода газов из оформляющего гнезда в форме предусматривают вентиляционные (газоотводящие) каналы в местах, заполняемых расплавом в последнюю очередь. Как правило, это наиболее удаленные от места впуска участки полости с максимальным сопротивлением течению, где газ сжимается. Площадь сечения вентиляционных каналов выбирают в зависимости от времени впрыска , высота каналов от 0,01 до 0,05 мм. В нашем случае воздух выходит за счёт естественных зазоров (места входа толкателей в пуансон и вход знаков, шиберов , которые оформляю поднутренния).
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 5. Стандартизация
 
 Структура и основное содержание структурных частей дипломной работы соответствует СТП СПбТИ 017-97 "КС УКДВ. Виды учебных занятий. Положение о выпускной квалификационной работы, дипломированного специалиста (инженера). Общие требования"
 Дипломная работа оформлена в соответствии с ГОСТ 7.32 - 2001 "СИБИД Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления."
 Наименования и обозначения физических величин соответствует ГОСТ8.417-81 ТСМ. Единицы физических величин" и СТП 2.055.005 - 79 "КСУКДВ. Единицы физических величин."
 Описание источников в "Списке использованных источников" выполнено в соответствие с ГОСТ 7.1 - 84 "СИБИД. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления" и рекомендациями Р 01 - 97 "Библиографическое описание. Примеры оформления".
 ГОСТ 2.105—95 Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам.
 ГОСТ 2.Ш—68 Единая система конструкторской документации. Нормоконтроль
 ГОСТ 9327—60 Бумага и изделия из бумага. Потребительские форматы.
 По охране труда и окружающей среды были использованы следу ю щи е стандарты системы ССБТ:
 - ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы.
 Классификация
 - ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности
 -ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования
 - ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к
 воздуху рабочей зоны
 - ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие
 требования безопасности
 - ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ. Электробезопасность. Термины и определения
 - ГОСТ 12.1. 010-6 ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования
 - ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность Общие требования
 - ГОСТ 12.1.016-79 ССБТ. Воздух рабочей зоны. Требования к
 методикам измерения концентраций вредных веществ.
 
 - ГОСТ 12.1.018-93 ССБТ. Пожарная безопасность. Электростатическая
 искробезопасность Общие требования
 - ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и
 номенклатура видов защиты
 - ГОСТ 12.1.029 - 80 ССБТ. Средства и методы защиты от шума.
 Классификация
 - ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление.
 Зануление
 - ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые
 значения напряжений прикосновение токов
 - ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие
 требования безопасности
 - ГОСТ 12.3.002- 5 ССБТ. Процессы производственные. Общие требования
 безопасности
 - ГОСТ 12.3.-030-83 ССБТ. Переработка пластических масс. Требования
 безопасности
 - ГОСТ 12.4.011 -89 ССБТ. Средства защиты работающих. Общие требования
 и классификация
 -ГОСТ 12,4.021-75 ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования
 - ГОСТ 12.4.124-83 ССБТ Средства защиты от статического электричества.
 Общие технические требования
 -ГОСТ 17.2,1.01-76 Охрана природы. Атмосфера. Классификация выбросов
 по составу
 - ГОСТ 17.2.3.02-78 Охрана природы. Атмосфера, Установление допустимых
 выбросов вредных веществ промышленными предприятиями
 
 - ГОСТ 17.2.4.02- 1 Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к
 методам определения загрязняющих веществ
 - ГОСТ Р 50923-96 Рабочее место оператора. Общие эргономические
 требования к производственной среде. Методы измерения.
 -ГОСТ Р 50948-96 Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности.
 - СНиП Н-4-79 Естественное и искуственное освещение. Нормы
 проектирования
 - СНиП 2.01.02-85 Противопожарные нормы
 - СНиП 2.2.2.542-96 Гигиенические требования к видеодисплейным.
 терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации
 работы
 - ПУЗ- 5 Правила устройства электроустановок
 НПБ 105-95Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности
 - СТПСП6ГТИ017-97 КС УКДВ. Виды учебных занятий. Положение о
 выпускной квалификационной работы дипломированного специалиста
 (инженера). Общие требования.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 6 Охрана труда и окружающей среды
 6.1.1 Характеристика опасных и вредных производственных факторов, свойственных данному процессу.
 Спроектированная литьевая форма предназначены для изготовления
 изделия «Витафон» из АБС, устанавливается на
 термопластавтомат.
 При получении изделий методом литья под давлением необходимо
 учитывать опасные и вредные факторы, сопутствующие эксплуатации
 машины в целом и литьевой формы в частности.
 Опасным называется производственный фактор, воздействие которого на
 рабочего в определенных условиях приводит к травме или другому
 внезапному ухудшению здоровья. Если производственный фактор,
 приводит к заболеванию или снижению работоспособности, то его
 считают вредным.
 Опасные и вредные факторы подразделяют на 4 группы [1]:
 — физические;
 — химические,
 — биологические;
 — психофизиологические.
 В нашем случае группа физических факторов включает такие опасные и вредные моменты производства как:
 — движение механизмов ТПА при смыкании и размыкании формы;
 — повышение уровня шума, вибрации, возникающего при смыкании и размыкании формы;
 — выход расплава в месте контакта сопла и литниковой втулки;
 
 — пониженная влажность воздуха из-за отдачи тепла от машины, формы и самого изделия;
 — нарушение целостности электрической цепи;
 — падение литьевой формы.
 К группе химически опасных и вредных факторов относятся вредные
 воздействия на организм человека сырого сырья, полуфабрикатов,
 литьевой продукции и отходов.
 Материал исходного сырья -АБС. При комнатной температуре
 АБС не выделяет в окружающую среду токсичных веществ и не
 оказывает вредного воздействия на человека. При нагревании АБС
 до 210- 220 С происходит выделение летучих продуктов
 термоокислительной деструкции с выделением в воздух паров стирола , нитрила акриловой кислоты , цианистого водорода и окиси углерода.
 Стирол -в концентрациях ниже 2мкг/м3 не наносит вреда здоровью работающего. При концентрациях ниже 2мкг/м3 на нервную систему действуют такие обратимые явления, как усталость или ослабление внимания. При более высоких концентрациях, около 8мкг/м3 , может наступить раздражение слизистой оболочки. Такие же явления наблюдаются при воздействии растворителя, при недостаточной вентиляции или чрезмерном потреблении алкоголя.
 Нитрил акриловая кислота - опасна при вдыхании, ядовит при приеме внутрь — вплоть до смертельного исхода. Паpы вызывают pаздpажение слизистых оболочек и кожи. Действует через неповрежденную кожу. При горении образуются ядовитые газы.
 Цианистый водород - сильнейший яд нейротоксического действия, блокирует клеточную цитохромоксидазу, в результате чего возникает выраженная тканевая гипоксия. Отравление сможет наступить при вдыхании паров синильной кислоты, при попадании ее на кожу или же в желудок. Всасывается очень быстро. Смертельная доза синильной кислоты - 50-100 мг, цианида калия - 200 мг. При вдыхании небольших концентраций синильной кислоты наблюдается царапанье в горле, горький вкус во рту, головная боль, тошнота, рвота, боли за грудиной. При нарастании интоксикации уряжается пульс, усиливается одышка, развиваются судороги, наступает потеря сознания. Кожа при этом ярко-розовая, слизистые оболочки синюшны.
 При вдыхании высоких концентраций синильной кислоты или при попадании ее внутрь появляются клоникотонические судороги, резкий цианоз и почти мгновенная потеря сознания вследствие паралича дыхательного центра. Смерть может наступить в течение нескольких минут (молниеносная или апоплексическая форма отравления).
 Двуокись углерода - газ, который вызывает удушье, судороги, поражает
 центральную нервную систему.
 Все выше перечисленные вещества обладают токсичным и раздражающим
 воздействием на организм человека и поэтому при переработке пластмасс,
 и в частности полипропилена, необходимо контролировать содержание в
 воздухе рабочей зоны вредных веществ. Содержание веществ не должно
 превышать ПДК. (См.
 таблицу 6.1)
 6.1.2 Мероприятия, принятые в проекте для обеспечения безопасности технологического процесса [15]
 
 Для обеспечения безопасности технологического процесса необходимо выполнять требования устранения непосредственного контакта рабочих с веществами, оказывающими вредное воздействие.
 Замену технологических процессов и операций, связанных с возникновением опасных факторов, процессами и операциями, при которых указанные факторы отсутствуют или обладают меньшей интенсивностью.
 Внедрение дистанционного управления процессами и операциями при наличии опасных и вредных производственных факторов.
 Герметизацию оборудования и коммуникаций, а также проведение процессов под разряжением для предотвращения выделения в рабочую зону опасных веществ.
 Использование систем получения информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов на отдельных технологических операциях.
 Применение систем контроля технологического процесса и управления им, которые обеспечивают защиту работающих, аварийное отключение производственного оборудования.
 
 
 
 
 
 
 
 
 Таблица 6.1 - Характеристика физико-механических пожаровзрывоопасных и токсических свойств сырья и готового продукта
 
 Вещест-ва Физико-механические свойства/3/ Пожаровзрывоопасные свойства /4/ Токсические свойства
 
 Агрегатное состояние Температуа кипения, °С Плотность, г / см3 Температура Пределы распространения пламени Характер действия на организм человека. /5/ Класс опасности /6/
 ПДКР.3.,мг/м3
 
 
 
 
 Вспышки, °С Самовоспламенения материала Температурные,
 °С Концентраци онные, об %
 
 
 
 
 
 
 
 
 Нижний Верхний Нижний Верхний
 Характер действия на организм человека. /5/
 
 Стирол Газообразное 145,2 0,9060 32O 480 1.2 8.9 Разрушительно воздействует на печень, почки, кислородный обмен
 3
 
 
 30
 
 
 0.01
 Диоксид углерода
 0.07 Не горюч Ингибирует ферменты, участвующие в активации кислорода, взаимодействуют с кровью
 
 4
 
 900
 Нитрил акриловая кислота
 77 0.8 -5 480 2,80 28,0 Канцероген. Обладает кумулятивными и токсическими свойствами.
 2
 0.05
 
 Цианистый водород
 26 0,90 17,8 538 5,40 46,0 Блокируется вся дыхательная цепь и развивается тканевая гипоксия, подавляется активность ферментов - каталазы, пероксидазы, лактатдегидрогеназы.
 
 2
 
 0.01
 
 
 
 6.1.3 Мероприятия, принятые в проекте для обеспечения безопасности технологического оборудования [2]
 
 Безопасность производственного оборудования обеспечивается
 рациональным выбором его принципов действия, конструктивных схем, а также безопасных элементов конструкции. Необходимо предусмотреть в конструкции применение специальных средств защиты, средств механизации, автоматизации. В полном объеме должны быть выполнены требования:
 Применяемые конструкции производственного оборудования, материалы не опасны и не вредны.
 Составные части производственного оборудования, в том числе приводы, трубопроводы, кабели и т.п. выполнены с таким расчетом, чтобы исключить возможность их случайного повреждения, вызывающего опасность.
 Движущиеся части производственного оборудования, если они являются источником опасности, ограждены или снабжены другими средствами защиты, обеспечена термостойкость изоляции электрических цепей.
 Элементы конструкции производственного оборудования не имеют острые углов, кромок и т.д., представляющих источник опасности.
 Конструкция производственного оборудования исключает возможность случайного соприкосновения рабочих с горячими частями. Нагретые элементы оборудования термоизолированы.
 Конструкцией производственного оборудования предусмотрены сигнализация при нарушении нормального режима работы, а в необходимых случаях - средства автоматической остановки и отключения оборудования от источника питания.
 Производственное оборудование имеет средства экстренной остановки.
 Токопроводящие части оборудования надежно изолированы или ограждены, либо находятся в недоступных местах; электрооборудование размещено внутри корпусов (шкафов) с заграждающимися дверями; металлические части производственного оборудования, которые могут вследствие неисправности оказаться под электрическим напряжением - заземлены.
 Производственное оборудование имеет встроенные устройства для удаления выделяющихся в процессе переработки вредных и пожароопасных веществ непосредственно от мест их образования или скопления.
 Конструкция производственного оборудования обеспечивает снижение уровней шума и вибрации до нормы.
 Ограждения рабочих органов, дверцы, щитки и т.п. имеют устройства, исключающие их случайное открывание, а также имеют блокировки, обеспечивающие прекращение рабочего процесса при открывании.
 Для предупреждения об опасности в качестве сигнальных элементов применяются звуковые, световые или цветовые сигнализаторы.
 Органы управления аварийного выключения красного цвета, отличаются формой и легко доступны для персонала. Исключена возможность пуска устранения аварийной ситуации.
 
 6.1.4 Организация пожарной безопасности проектируемого производства
 
 Таблица 6.2 - Классификация основных промышленных участков по НБП105-03, ПУЭ и СниП
 
 Производстный
 участок Применяемое
 вещество
 
 
 
 Количествовещества.
 кг. Категория
 помещения
 [7] Класс
 пожароопасны
 X ЗОН [12] Группа производственного
 процесса [6]
 Цех литья под
 давлением АБС 1000 ВЗ В-16 16
 
 
 Q
 q = —,
 S
 где Q - теплота сгорания , [МДж/кг]
 q - удельная пожарная нагрузка,[МДж/м2] QH - наименьшая теплота сгорания, [МДж/ кг] Q=QH • Gi
 Где Gi - количество материала, [кг] Q = 1000 * 35 = 35000 МДж/кг
 S - площадь помещения, [м2]
 
 
 
 35000
 g = ——— =388 МДж/м2
 90
 Так как g находиться в пределах 181 - 1400 то помещение относится к категории ВЗ
 Зоны класса В - Iб располагаются в помещениях, где как и в предыдущем случае, при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможно их образование только в результате аварий или неисправностей. Эти зоны отличаются одной из следующих особенностей:
 1. горючие газы в них обладают высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15 % и более);
 2. резким запахом (например, аммиачные компрессорные);
 3. горючие газы и пары имеются в небольших количествах, недостаточных для создания взрывоопасной смеси, при воспламенении которой может развиться избыточное давление не более 5 кПа и в которых работы с ГГ и ЛВЖ производятся без применения открытого огня (помещения зарядки аккумуляторных батарей, лаборатории и др.).
 Пожаробезопасность достигается предотвращением образования горючих сред в производственных помещениях и внутри технологического оборудования, исключением источников зажигания опасных сред, а также применением систем пожарной защиты.
 Исключение образования пожароопасных сред в производственных помещениях достигается выполнением следующих мероприятий:
 применением герметичного производственного оборудования;
 отводом образующихся горючих сред;
 использованием непрерывных процессов производства;
 применением рабочей вентиляции.
 Регламентацией горючих газов и паров в воздухе.
 Для предотвращения образования в горючей среде источников зажигания, необходимо предусмотреть:
 • Применение средств защиты от атмосферного электричества: молниезащита по III категории. [14]
 
 • Защиту от статического электричества - многократное заземление всего оборудования. [15]
 • Регламентация огневых работ.
 • Ограничение температуры нагрева горючих сред и оборудования.
 • Применение инструментов и оборудования, изготавливаемых из материалов, не дающих при соударении механических искр.
 • Обеспечение допустимой температуры на поверхности приборов систем отопления, которая не должна превышать 80% от температуры самовоспламенения находящихся в помещении горючих веществ.
 Для предотвращения воздействия на людей опасных и вредных факторов, возникающих в результате пожара, и сохранения материальных ценностей в проекте предусмотрено:
 применение в производстве минимально необходимых количеств пожароопасных веществ;
 применение быстро действующих отсеченных и обратных клапанов; применение средств коллективной и индивидуальной защиты людей.
 Применяются средства пожарной сигнализации и средства извещения о пожаре. Все производственные помещения обеспечиваются первичными средствами пожаротушения: внутренний пожарный кран и огнетушители пенные. Также устанавливается стационарная автоматизированная дренчерная установка пожаротушения, которая имеет автоматическое местное включение и одновременно выполняет функцию автоматической пожарной сигнализации.
 Для возможности тушения пожара необходимо предусмотреть технические средства - наружные пожарные лестницы, аварийные люки. Для предотвращения воздействия на людей опасных и вредных факторов, возникающих в результате пожара, необходимо установить количество эвакуационных путей и выходов.
 Эвакуация представляет собой процесс организованного самостоятельного движения людей наружу из помещений, в которых имеется возможность воздействия на них опасных факторов пожара.
 Защита людей на путях эвакуации обеспечивается комплексом объемно — планировочных, эргономических, конструктивных, инженерно — технических и организационных мероприятий. В проектируемом одноэтажном здании эвакуационный выход ведет наружу.
 Эвакуация представляет собой процесс организованного самостоятельного движения людей наружу из помещений, в которых имеется возможность воздействия на них опасных факторов пожара.
 Защита людей на путях эвакуации обеспечивается комплексом объемно — планировочных, эргономических, конструктивных, инженерно — технических и организационных мероприятий. В проектируемом одноэтажном здании эвакуационный выход ведет наружу.
 
 6.1.5 Мероприятия для обеспечения санитарно-гигиенических условий
 производственной среды.
 Для обеспечения нормальных метереологических условий и поддержания теплового равновесия между телом человека и окружающей средой предусмотрены следующие мероприятия:
 В помещениях предусмотрена естественная приточно-вытяжная вентиляция. Для локализации вредных веществ при выделениях тепла, создающих устойчивый восходящий поток, установлен вытяжной зонт над соплом термопластавтомата. Скорость аспирации от 0,5м3\с. [13]
 Относительная влажность в рабочих помещениях поддерживается в пределах 40-60 %.
 
 В холодные и переходные периоды года в помещении предусмотрено паровое отопление. Для теплого периода года осуществляется приточная вентиляция и кондиционирование воздуха
 Норма производственного шума должна составлять не более 85 дБ (определена при частоте 1000 Гц). Для этого предусмотрена изоляция источников шума и вибрации в виде стен, перегородок и экранов.
 Для освещения производственного помещения нормируется параметр-освещенность, который устанавливается по разряду зрительных работ IV группы и должен быть не менее 150 лк. Освещение обеспечивается естественным боковым освещением и лампами дневного света. [12]
 Помещение удовлетворяет требованиям Норм EN 60204-1.
 6.2. Охрана окружающей среды
 
 В процессе переработки полимеров могут происходить выбросы
 газообразных продуктов, твердых отходов и сточных вод, которые
 загрязняют окружающую среду.
 Наиболее радикальным способом защиты окружающей среды от выбросов является создание технологических процессов, при ведении которых количество отходов сведено до минимума.
 При литье под давлением в отходы идут заусенцы и литники. Если полимерные отходы появляются брак , по такие изделия дробят и используют для производства малоответственных изделий, таким образом , происходит утилизация отходов.
 Промышленная пыль состоит главным образом из мельчайших частиц,
 имеющих очень малую скорость падения, поэтому самоочищение
 атмосферы от пыли происходит очень медленно.
 Промышленные выбросы в атмосферу обычно поступают принудительно через дымоотводящие трубы и вентиляционные каналы. Этим достигается рассеивание газов и аэрозолей в относительно большом объеме воздуха.
 Из-за малых концентраций газов в воздухе очистка не применяется.
 Концентрация атмосферных токсинов в значительной мере зависит от
 температуры воздуха, облачности, тумана, осадков и других факторов,
 влияющих на скорость вертикального и горизонтального перемещения
 воздуха. Она снижается по мере удаления от места выброса, а ее
 абсолютные значения тем выше, чем больше мелких фракций содержится в момент выброса.
 На предприятии используется система оборотного водоснабжения, которая обеспечивает максимальное сохранение водных ресурсов и окружающей среды , а также система очистки сточных вод от машинного масла и ПАВ , в которых используются методы фильтрования и механические методы очистки.
 Таблица 6.3 - Характеристика производственных отходов
 
 Наименование отхода Агрегатное состояние Наименование вредных примесей Примечание
 Вентиляционные
 отходы Газ Формальдегид,
 диоксид углерода,
 ацетальдегид В атмосферу
 Сточные воды: Жидкость Механические примеси В канализацию
 Продувки оборотной системы; Жидкость Механические примеси В канализацию
 Ливневая вода; Жидкость Механические примеси В канализацию
 Хозяйственно-бытовые Жидкость ПАВ В канализацию
 Бракованные
 изделия Твердое в-во АБС В переработку
 
 7. Экономическая оценка проектных решений.
 В дипломном проекте производится проектирование двухгнёздной холодноканальной литьевой формы для получения изделия из АБС методом литья под давлением..
 
 7.1. Расчёт себестоимости формы.
 Перед началом расчёта себестоимости продукции необходимо провести расчёт себестоимости разрабатываемой формы для производства изделия «Аккумулятор». Далее включим себестоимость формы в себестоимость изделия.
 Сп = Зм + 3ОСН + Здоп + Зсс + Знакл
 где Сп, руб.- полная себестоимость формы,
 Зм, руб.- затраты на материал,
 3ОСН, руб.- затраты на заработную плату основных рабочих,
 Здоп руб.- затраты на дополнительную заработную плату,
 Зсс, руб.- затраты на социальное страхование,
 Знакл, руб.- затраты на накладные расходы.
 Пресс-форма спроектирована с использованием нормализованных покупных компонентов, которые потом дорабатываются. Стоимость компонентов составляет 50000 рублей.
 Затраты на материал для изготовления остальных деталей рассчитываем исходя из цены за 1 кг материала:
 Зд =М • Цм
 где - масса деталей, М=50 кг Цм -стоимость материала, Цм =80 руб.
 
 Зд= 50•80 = 4000 руб. Общие затраты на материалы и нормализованные компоненты составят:
 Зм = Зд + 3
 где Знк - затраты на нормализованные компоненты
 Зм= 4000 + 50000 = 54000 руб.
 Затраты на основную и дополнительную заработную плату:
 3ОСН = С • t
 где С - среднечасовая тарифная ставка рабочего 3-го разряда, С =
 30 руб/час
 t - общая трудоемкость изготовления, t = 1000 нормо/час
 30сн = 30- 1000 = 30000 руб.
 Дополнительная заработная плата составляет 20 % от основной:
 Зд0П = 0.2 • 30000 =6000 руб.
 Отчисления на социальные нужды составляют 35.6% от общей
 заработной платы: Зсс = 0.356 • (30ся + Здоп)
 Зсс = 0.356 • (30000+6000) = 13140 руб.
 Накладные расходы составляют 400 % от заработной платы и
 отчислений на на социальные нужды:
 Знакл = 4 • (3ОСН + Зд0П + Зсс)
 Знакл = 4 • (30000 + 6000 + 13140) = 196560 руб. Тогда полная себестоимость литьевой формы :
 Сп =30000 + 6000 + 13140 + 196560 + 54000 = 299700 руб.
 
 7.2. Проектируемый вариант
 Некоторые характеристики для формы: Стоимость литьевой формы - 300000 руб. Стоимость термопластавтомата surely xl400-
 300000 руб.
 Заработная плата рабочего литьевой формы - 8000 руб.
 
 Срок службы литьевой формы - 10 лет
 Длительность производства одного изделия -Тц =16 секунды
 Количество смен на предприятии С, С = 2 смены
 Продолжительность смены Тем, Тсм =7 часов.
 Вес изделия т, m = 40 грамм.
 Сырье - АBS Starex SD-0150-60руб./кг
 
 7.2.1 Расчёт годовой производительности.
 С учетом простоя оборудования в ремонте, найдем годовой выпуск
 продукции по формуле: Q=Тэф*3600*к /Тц,
 где Тэф- эффективное время производства изделия за год, часов к - гнёздность формы
 Тэф=Тн-П,
 где Тн - номинальный фонд рабочего времени за год, часов: Тн=Тг*С*Тсм,
 где Тг - количество дней в году;
 С - количество смен в сутки;
 Тс- продолжительность рабочей смены, часов.
 П - простои в планово-предупредительном, текущем
 и капитальном ремонтах, часов.
 Простой оборудования в ремонте составляет 10% от номинального фонда рабочего времени:
 П=0,1*Тн Тн=365*2*7=5110 часов
 П=0,1 *5110=511 часов
 Тэф=5110-511=4599 часов Q=4599*3600*1 /21= 788400 шт/год
 
 7. 2 ..2 Расчёт затрат на сырьё.
 Расход сырья за год рассчитываем по формуле,кг:
 G=Q*m G=788400*8*0.001*1=6307 кг/год Рассчитаем потери сырья, в которые входят: Безвозвратные:
 Хранение и транспортировка сырья 0,4%
 Литьё под давлением - 0,5%
 Потери при переработке возможного брака - 0,2%
 
 GПОТ=1,1*G,
 GПОТ =0,011* 6307 =69кг/год Итого необходимая масса сырья составит:
 Gг=G+ GПОТ
 Gг= 6307+69= 6376кг/год.
 Стоимость одного килограмма полимерного сырья АБС- 60 руб.
 Затраты на сырьё рассчитаем по формуле:
 Зм=Сг*Цм Зм=6376*60 = 382560 руб.
 
 7.2.3 Расчёт на годовой расход энергий.
 Необходимый годовой расход энергии приведен в таблице 8.
 Таблица 8
 Годовой расход энергии
 
 Термопластавтомат surely xl400
 Мощность нагревателей ,кВт 5,15
 Мощность привода инжектора ,кВт 6,3
 Мощность насоса, кВт 11
 Общая потребляемая мощность, кВт 22.45
 Количество единиц оборудования 1
 Эффективный годовой фонд работы оборудования, часов
 4599
 Годовой расход энергии, кВт 103247
 Неучтённое электрооборудование - 15% 15487
 Итого, кВт 118734
 
 Годовые затраты на силовуго электроэнергию при эксплуатации оборудования рассчитаем по формуле:
 Зэл=N*Тэф*Кспр*Цэл/(Кдв* Ксети), где N - расход электроэнергии в год ,кВт;
 Кспр - коэффициент спроса электроэнергии, Кспр =0.7;
 Цэл - цена за кВт/ч электроэнергии, Цэл= 0.9 руб.;
 Кдв - КПД двигателей, Кдв=0.85;
 Ксети - КПД кабельной сети, Ксети = 0.94;
 Зэл=118734* 1*0.7*0.9/(0.85*0.94)=93620 руб.
 
 7.2.4 Расчёт фонда заработной платы рабочих.
 Списочная численность работников предприятия представлена в таблице 9.
 Таблица 9 Количество обслуживающего персонала
 
 Категория работников Списочная численность, чел I
 Основные рабочие 2
 Вспомогательные рабочие 2
 ИТР и МОП 2
 Итого: 6
 Расчет фонда заработной платы представлен в таблице 10.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Таблица10
 Расчет фонда заработной платы
 
 Категория работников Основные рабочие Вспомогательные рабочие ИТР и МОП
 Численность, чел. 2 2 2
 Среднедолжностной
 оклад, руб. 12000 9000 12000
 Годовой фонд заработной платы,
 руб. 288000 216000 288000
 Премии (40%), руб. 115200 86400 115200
 Общий годовой фонд заработной платы ,руб. 403200 302400 403200
 Итого.. 1108800
 
 7.2.5 Расчёт себестоимости продукций.
 Себестоимость продукции рассчитывается по статьям калькуляции, которая составляется на весь годовой выпуск продукции и
 калькуляционную единицу продукции. В качестве последней принимается одна штука изделия.
 Статьи калькуляции:
 - сырье и материалы.
 Сырье –АБС, стоимость одного килограмма полимерного сырья-60 рублей. Норма расхода сырья на единицу продукции - 8 грамма. Также установлен расход материала на изготовление формы.
 - электрическая энергия.
 Она складывается из годового расхода энергии и энергии затраченной при изготовлении формы.
 - основная заработная плата основных производственных рабочих.
 - дополнительная заработная плата основных производственных рабочих
 - отчисления на социальное страхование
 - расходы на содержание и эксплуатацию оборудования. В статью включены все расходы связанные с поддержанием оборудования и формы в работоспособном состоянии.
 7.2.6 Расчёт сметы затрат на содержание и эксплуатацию оборудования и сметы цеховых расходов.
 Таблица 11
 Смета затрат на содержание и эксплуатацию оборудования
 Наименование статей расходов % Сумма, руб.
 Содержание производственного оборудования от стоимости оборудования 2 6000
 Текущий ремонт оборудования от стоимости оборудования 5
 
 5 15000
 Амортизация производственного оборудования от стоимости оборудования 10 30000
 Основная и дополнительная заработная плата обслуживающего персонала 302400
 Отчисления на социальные нужды 35.6 107654
 Прочие расходы от стоимости формы 30 45000
 Итого: 506054
 Результаты расчета затрат на содержание оборудования представлены в таблице 11.
 Данные по основной и дополнительной заработной плате берем из таблицы 10.
 Расчет цеховых расходов представлены в таблице 12.
 Таблица 12 Смета цеховых расходов
 Наименование статей расходов % Сумма, руб.
 Основная и дополнительная заработная плата обслуживающего персонала 1108800
 Отчисления на социальные нужды 35.6 404712
 Расходы по охране труда 10 110880
 Затраты на изготовление формы 300000
 Прочие общецеховые расходы, от стоимости предыдущих статей 15 288658
 Итого: 2213051
 
 7.2.7 Калькуляция себестоимости изделия.
 Калькуляционную себестоимость изделия рассчитаем в таблице 13, где расчет производится путем деления итоговых данных на годовой выпуск продукции.
 
 Таблица 13
 Калькуляция себестоимости изделия
 
 
 
 
 Наименование
 статей Единица измерения Цена, руб. Массовый расход на годовой выпу ск Ценовые затраты на годовой
 выпуск Расход на калькуляционн}ю
 единицу
 Сырьё и материалы кг 60 6376 382560 0.47
 Электроэнергия кВт/час 0,9 118734 93620 0.11
 Основная и
 дополнительная
 зарплата руб. 1108800 1.4
 Отчисления на социальные нужды руб. 35.6% 404712 0,45
 Расход на содержание и
 эксплуатацию оборудования руб. 96000 0,12
 Цеховые расходы руб. 699538 0.87
 Цеховая себестоимость руб. 2785230 3.4
 
 
 
 Наименование
 статей Единица измерения Цена, руб. Массовый расход на годовой выпу ск Ценовые затраты на годовой
 выпуск Расход на калькуляционн}ю
 единицу
 Общезаводские расходы руб. 20% 557046
 
 0.68
 Внедроизводственныс расходы руб.
 
 
 2% 55704.6
 
 0.07
 Полная себестоимость руб. 3397980.6
 3.9
 Нормативная рентабельность руб. 10% 339798
 0.42
 Оптовая цена руб. 3737778.6
 4.4
 
 При рентабельности размером в 10% оптовая цена на изделие «Вибрафон» составила 4 рубля 40 копейки.
 Определим срок окупаемости спроектированной литьевой формы по
 следующей формуле:
 Ток = Сп/ Пр
 где Пр-годовая прибыль , руб.
 Ток = 300000/ 339798= 0,74 года
 
 Вывод: Спроектированная форма исключает ручной труд , что понижает себестоимость изделия , которая составляла 5.1 рубля за изделие .
 
 Заключение
 
 В результате дипломного проекта была спроектирована двухгнёздная , шиберная , со сменными знаками литьевая форма для изготовления изделия “ Вибрафон” .
 Произведена оценка пригодности использования конкретной конструкций формующего инструмента . Кроме того были проведены : реологический расчет формы , который показал , что скорость впрыска расплава в форму под действием давления машины удовлетворительна ; расчет исполнительных размеров матрицы и пуансона ; расчет на прочность наиболее нагруженных деталей формы ; расчет системы термостатирования .
 В части дипломного проекта , посвященной охране труда и окружающей среды был произведен анализ вредных факторов производства и даны рекомендаций по их устранению.
 В проведенном экономическом расчете, определены себестоимость изделия и срок окупаемости спроектированной литьевой формы.
 В графической части дипломного проекта представлены следующие чертежи : сборочные чертеж модернизируемой и проектируемой формы , ее деталировка .
 Проведенные расчеты показали , что проектируемая форма удовлетворяет предъявленным к ней требованиям .
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Список литературы.
 
 1 ГОСТ 12.0.003-74. Система стандартов безопасности труда . Опасные и вредные производственные факторы . Классификация.
 2 ГОСТ 12.2.003-91. Система стандартов безопасности труда . Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
 3 Справочник химика . 2 изд., переработка и дополнения – Л.-М.: Госхимиздат , 1962
 4 Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Спра. Изд .: в 2-х книгах ./ Под ред. А.Н Баратова , А.Я Корольченко.- М., Химия , 1990.-496с
 5 Вредные вещества в промышленности . Т.1,2 . Под ред. Н.В . Лазарева .-М.-Химия.- 1977.-500с.
 6 ГОСТ 12..1.005 – 88 . Система стандартов безопасности труда . Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
 7 НПБ 105-95 . Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
 8 Правил устройства электроустановок . М. : главгосэнергонадзор России , 1998-607с.
 9 СН 305-77. Инструкции по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений.
 10 Правила защиты от статического электричества в производствах химической , нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности .- М.: Химия , 1977.
 11 ГОСТ 12.4.021-75 Система стандартов безопасности труда . Системы вентиляционные . Общие требования.
 12 СНиП 23-05-95 . Естественное и искуственнное освещение . Нормы проектирования . – М.: Стройиздат.- 1995
 13 Басов Н. И., Брагинский В. А., Казанков Ю. В. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов – М.: Химия, 1991.
 14 Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Под редакцией М.Ф Михалева – Л.: Машиностроение, 1984
 15 Технологическая оснастка для переработки термопластов Дубов К.Х., Шнейдерман М. А., Гречушкин Г.И Отраслевой каталог . М,, ЦНИИТЭстроймаш , 1983.
 16 Конструирование литьевых форм в 130 примерах Э. Линдер , П.Унгер под ред. А.П Пантелеева СПб .: Профессия , 2006.-336 стр ., ил.