Расчет времени цикла литья под давлением

Расчет продолжительности цикла (τ_ц) литья под давлением изделий и пластикационной способности (q _пл) литьевой машины проводят следующим образом:

 

τ_ц = τ_м + τ_т + τ_п, (31)

 

τ_т = τ_выд + τ_охл.б/д, (32)

 

где τ_м – машинное время, с; τ_т - технологическое время, с; τ_п - продолжительность паузы, c; τ_выд - продолжительность выдержки полимера в форме под внешним давлением, с; τ_охл.б/д - продолжительность охлаждения изделия в форме без внешнего давления, с.

Технологическое время (τ_т) показывает продолжительность охлаждения до заданной температуры в центре изделия (Т _и), при которой возможно извлечение готового изделия. Расчет технологического времени зависит от соотношения ширины изделия (В) к толщине стенки изделия (h):

 

В / h = f.

 

При f > 2,5 для плоского изделия:

 

τ_т = ln [ 1,27 (Т _м – Т _ф) / (Т _и – Т _ф) ] h / π^{2 .} a); (33)

 

при f 2,5 для плоского изделия:

 

τ_т = ln [ 1,27 (Т _м – Т _ф) / (Т _и – Т _ф) ] h ² f ²/[ π^{2 .} a (1 + f ²) ] (34)

 

для цилиндрического изделия:

 

τ_т = ln [1,6 (Т _м – Т _ф) / (Т _и – Т _ф) ] r ²/ (5,76 a). (35)

 

Здесь В – ширина изделия, мм; h – толщина стенки изделия, мм; r – толщина стенки цилиндрического изделия, мм; Т _м – температура впрыскиваемого в формующую полость материала, ^оС; Т _ф – температура формы, ^оС; Т _и Т _ф + (10 ÷ 30) – для тонкостенных изделий (h 3 мм), Т _и = Т _ф + 50 – для толстостенных изделий (h 5 мм); a - коэффициент температуропроводности полимерного материала при температуре переработки, м²/с.

 

Машинное время:

 

τ_м = τ_см + τ_впр + τ_разм, (36)

 

где τ_см, τ_разм, τ_впр - время смыкания, время размыкания формы и время впрыска. Тогда

 

τ_ц = τ_см + τ_впр + τ_выд + τ_охл.б/д + τ_разм + τ_п. (37)

 

Продолжительность пластикации полимера:

 

τ_{пл =} τ_{охл. б/д} + τ_см + τ_разм. (38)

 

Обозначив C₁ = τ_выд/ τ_т и C₂ = (τ_см + τ_разм) / τ_т, и учитывая, что τ_{охл. б/д} = τ_т - τ_выд, получим:

 

τ_пл = τ_т - τ_выд + τ_см + τ_разм = τ_т – С₁ τ_т+С₂ τ_т = τ_т(1–С₁ + С₂), (39)

 

τ_{охл. б/д} = τ_т(1– С₁).

 

 

Пластикационная способность литьевой машины q _пл (в кг/час):

 

q _п = 3600 m /[τ_т(1 – С₁ + С₂)] = 3600 v ρ/[τ_т(1 – С₁ + С₂)], (40)

 

где m – масса отливки, кг; v – объем отливки, м³; ρ – плотность полимера, кг/м³.

Пластикационной производительностью литьевой машины называют то количество материала (в кг), которое шнек способен непрерывно пластицировать в течение 1 ч:

 

q _пл = 3600 v _и ρ nК ΄/ (К τ_пл), (41)

 

где v _и – объем изделия, м³; ρ – плотность материала, кг/м³, n – число оформляющих гнезд; К ΄ - 1,1÷1,3 – коэффициент, учитывающий литниковую систему; К – коэффициент, учитывающий вязкость перерабатываемого материала (для полистирола К = 0,8, для более вязких материалов К = 0,7, для менее вязких К = 0,9).

Производительность литьевых машин Q (в кг/ч) можно рассчитать по формуле:

Q = 3,6 m n /τ_ц , (42)

 

где m масса изделия, г; τ_ц - время цикла, с; n – число гнезд.

Для роторных литьевых машин время цикла:

 

τ_ц = τ_впр + τ_выд + τ_пов. + τ_п, (43)

 

где τ_выд – время выдержки материала в форме под внешним давлением, с; τ_пов. – время перемещения формы в следующую позицию, с;

 

τ_т = τ_выд + τ_{охл. б/д}; τ_пов = 1 / nk, (44)

 

τ_пов = τ_{охл. б/д} / (k – 1) – (τ_впр + τ_выд + τ_п) (k – 2) / (k – 1), (45)

где τ_{охл. б/д} – время охлаждения материала в форме без давления, с; k – число позиций; τ_п – время пауз между операциями; n – частота вращения ротора.

 

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ

Пример 1. Определить удельный объем, массу и плотность изделия из ПЭВД при температуре переработки Т = 473 К, давлении 30 МПа.

Решение.

v = [10^-3 · R' T / (P + π)] + ω.

v = [10^-3 · 0,297 · 473 / (30 + 324) ] + 0,875 10^-3 = 1,27 10^-3 м³/кг,

 

ρ = 1/1,27·10^-3 = 787 кг/м^3,

 

G _и = 50·10^-6/1,27·10^-3 = 39·10^-3кг.

Пример 2. Рассчитать давление, создаваемое шнеком при впрыске расплава, если диаметр цилиндра 0,16 м, диаметр шнека 0,036 м, давление рабочей жидкости в гидроцилиндре 5 МПа.

Решение. Р _л = Р _г∙ D _ц²/ d _ш² = 5∙ 0,16²/0,036² = 98,8 МПа.

Пример 3. Рассчитать потери давления в пластикационном цилиндре при переработке ПЭНД, если Р _л = 100 МПа, v = 50 ∙10^-6 м³, v _max = 63 ∙10^-6 м³.

Решение.

Δ Р _ц = a Р _л + b (v/ v _max – 0,32) + c.

 

0,143 · 100 + 11,5(50/63 – 0,32) + 10,0 = 29,7 МПа.

 

Пример 4. Рассчитать производительность литьевой машины. Исходные данные: цилиндрическое изделие из ПЭВД, m = 39,5 ∙10^-3 кг, толщина стенки r = 2,5 мм. Температура материала на впрыске у сопла Т _м = 200 ^оС; Т _ф = 50 ^оС; Т _и = 70 ^оС, n = 1. Время холостого хода τ_хол = 7 с; время впрыска τ_впр = 1 с; τ_п = 3 с; a = 1,102 ∙10^-6 м²/с.

Решение.

Q = 3,6 mn /τ_ц.

τ_ц = τ_м + τ_т + τ_п.

τ_м = τ_хол + τ_впр.

τ_т = ln [1,6(Т _м – Т _ф) / (Т _и – Т _ф)] r ² / (5,76 a).

τ_т = ln [1,6(200 –50) / (70 –50)](2,5·10^-3)² / (5,76· 0,102·10^-6) = 26,8 с.

τ_ц = 7 + 1 + 3 + 26,8 = 37,8 с;

Q = 3,6 39,51 / 37,8 = 3,7 кг/ч.

 

Пример 5. Рассчитать производительность шестипозиционной роторной литьевой машины. Исходные данные: m = 35 г; τ_впр = 1,2 с; τ_т = 46 с; τ_выд = 6 с; τ_охл.б/д = 40 с.

Решение.

τ_пов. = τ_охл.б/д/ (k – 1) – (τ_впр + τ_выд + τ_п) ∙

(k – 2) / (k -1)

τ_пов.= 40 / (6 – 1) – (1,2 + 6 +1) (6 – 2) / (6 – 1) = 1,44 с.

τ_ц = 1,2 + 6 + 1,44 + 1 = 9,64 с

Q = 3,6m/ τ_ц = 3,6 ∙ 35 / 9,64 = 13 кг/ч

 

ЗАДАЧИ

 

1. Определить м ассу изделия из ПЭНД при температуре переработки Т = 448 К, давлении 35 МПа и при комнатной температуре и атмосферном давлении. Объем формы 58 ^. 10^-6м³.

2. Определить плотность изделия из полипропилена (ПП) при температуре переработки 190 ^оС и давлении 25 МПа. Объем формы 51 ^. 10^-6м³.

3. Определить удельный объем и плотность изделия из ПЭВД при комнатной температуре и атмосферном давлении. Объем формы 48·10^-6 м³.

4. Используя уравнение Ван-дер-Ваальса, рассчитать давление формования изделия из полипропилена при температуре переработки Т = 460 К, если известно, что плотность расплава составляет 875 кг/м³.

5. Рассчитать удельный объем изделия из полистирола, если известно, что масса изделия составляет 37∙ 10^-3 кг. Объем формы 24 ∙ 10^-6 м³.

6. Определить плотность изделия из поликорбаната, масса которого составляет 41 ∙10^-3 кг. Объем формы 58 ∙10^-6 м³.

7. Рассчитать давление, создаваемое шнеком при впрыске расплава, если диаметр цилиндра 0,12 м, диаметр шнека 0,024 м, а давление рабочей жидкости в гидроцилиндре 7 МПа.

8. Определить давление в гидросистеме машины, если давление литья составляет 75 МПа, диаметр гидроцилиндра 0,25 м, d _ш = 0,08 м.

9. Рассчитать диаметр шнека литьевой машины, если диаметр гидроцилиндра 0,63 м, давление рабочей жидкости в гидроцилиндре составляет 7 МПа, а давление литья 79 МПа.

10. Рассчитать потери давления в пластикационном цилиндре при переработке полипропилена, если давление в цилиндре 97,5 МПа, объем отливаемого изделия 36∙10^-6 м³, максимально возможный объем отливки 82∙10^-6 м³.

11. Рассчитать потери давления в пластикационном цилиндре при переработке ударопрочного полистирола, если давление в цилиндре 85 МПа, объем отливаемого изделия 43∙10^-6 м^3, максимально возможный объем отливки на данной машине 60∙10^-6 м³.

12. Рассчитать давление на материал в цилиндре при переработке этрола, если известно, что объем изделия 41∙10^-6 м³, максимально возможный объем отливки 67∙10^-6 м³. Потери давления в пластикационном цилиндре 30 МПа.

 

13. Рассчитать давление на материал в цилиндре при переработке ПЭНД, если известно, что потери давления в пластикационном цилиндре 15 МПа. Объем отливаемого изделия 50∙10^-6 м³, максимально возможный объем отливки 70∙10^-6 м³.

14. Рассчитать производительность литьевой машины. Исходные данные: цилиндрическое изделие из полипропилена, m = 50,3 ∙ 10^-3 кг, толщина стенки r =1,5 мм. Температура материала на впрыске у сопла Т _м = 150 ^оС; Т _ф = 45 ^оС; Т _и = 65 ^оС; число гнёзд n = 1; время холостого хода τ_хол = 5 с; τ_впр = 1 с; τ_п = 2 с; a = 0,205 ∙ 10^-6 м²/с.

15. Рассчитать производительность четырехпозиционной роторной литьевой машины. Исходные данные: m = 53 г; τ_впр = 1,6 с; τ_т = 51 с; τ_выд = 7 с;τ_охл.б/д = 48 с; τ_п = 1 с.

16. Рассчитать производительность шестипозиционной роторной литьевой машины. Исходные данные: m = 38 г; τ_впр = 1,3 с; τ_т = 48 с; τ_выд = 6 с; τ_охл.б/д = 40 с; τ_п = 1 с.

17. Используя уравнение Ван-дер-Ваальса, рассчитать давление формования изделия из полиметилметакрилата при температуре переработки Т = 475 К, если известно, что плотность расплава составляет 1010 кг/м³.

18. Определить плотность изделия из полистирола при температуре переработки 180 ^оС и давлении 30 МПа. Объем формы 56 ^. 10^-6 м³.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

 

Отчет по работе должен содержать следующие разделы:

1. Цель работы.

2. Теоретические положения.

Раздел должен содержать основные определения, принципиальную схему процесса литья под давлением, основные параметры процесса.

3. Практическая часть.

Раздел должен содержать решение предложенных задач.

 

Контрольные вопросы

1. В чем заключается процесс изготовления изделий из пластмасс методом литья под давлением?

2. Какие полимеры перерабатывают данным методом?

3. Почему при переработке реактопластов необходим обогрев формы?

4. Какие основные процессы происходят при литье под давлением?

5. В чем заключается процесс пластикации пластмасс?

6. Какие физико-химические процессы протекают при формовании изделия?

7. Какими свойствами перерабатываемых пластмасс определяется процесс формирования надмолекулярной структуры?

8. Назовите основные параметры формования изделий.

9. Какие параметры литьевых машин определяют процесс формования?

 

& Библиографический список

1. Энциклопедия полимеров. В 3-х томах. М.: Советская энциклопедия, 1972. Т.1. 1224 с.; Т.2. 1032 с.; Т.3. 1150 с.

2. Швецов Г.А., Алимова Д.У., Барышникова М.Д. Технология переработки пластических масс. М.: Химия, 1988. 512 с.

3. Шембель А.С. Антипина О.М. Сборник задач и проблемных ситуаций по технологии переработки пластмасс. Л.: Химия, 1990. 272 с.

 

 

_________________________________

 

Практическая работа № 4

Основные представления о надежности

и конструировании энергетического

оборудования

Цель работы

Ознакомлениес современными представлениями о надёжности работ энергетических объектов.

 

1. Основные понятия и определения теории

надежности конструкций

 

Надежность - одна из составных частей качества любой технический системы. Надежность - свойство технического объекта сохранять во времени способность к выполнению требуемых функции при условии, что соблюдены правила эксплуатации, предусмотренные нормативно-технической и эксплуатационной документацией. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времениили наработки. Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и/или конструкторской (проектной) документации.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния. Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и/или транспортирования.

Одним из центральных понятий теории надежности является отказ - событие, которое заключается в нарушении работоспособного состояния объекта.

Временные понятия теории надежности. Наработка - продолжительность или объем работы объекта. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, в километрах и т.п.), так и целочисленной (число рабочих циклов, запусков и т.п.). Ресурс - суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Для технических объектов, которые могут быть потенциальным источником опасности, важны понятия безопасности и живучести.

Безопасность - свойство объекта при изготовлении и эксплуатации и в случае нарушения работоспособного состояния не создавать угрозу для населения и/или для окружающей среды.

Под живучестью понимают свойство объекта, состоящее в его способности противостоять развитию критических и существенных отказов и дефектов, повреждений и несущественных отказов при установленной системе технического обслуживания и ремонта. В различных отраслях понятие живучести трактуется по-разному. Например, сохранение несущей способности элементов конструкций при возникновении в них усталостных трещин, размеры которых не превышают заранее заданных значений: распространение пластических деформаций по всему сечению элемента, накопление предельно допустимой деформации ползучести и т.п.

Показатели надежности - количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта. На основе этих показателей определяются сроки и объемы замены элементов и узлов оборудования, обеспечивающих безотказность.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет. Вероятность безотказной работы определяется в предположении, что в начальный момент времени объект находился в работоспособном состоянии.

Средняя наработка на отказ - математическое ожидание наработки объекта до первого отказа. Этот показатель вводится применительно к восстанавливаемым объектам, при эксплуатации которых допускаются многократно повторяющиеся несущественные отказы.

Интенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возникнет.