2. Рекомендации по проектированию

Как известно, на основе экструзионного оборудования можно осуществлять различные операции с термопластичными полимерами, находящимися в вязкотекучем состоянии. Полимер (иногда с добавками) захватывается червяком, перемещается с одновременным нагревом и интенсивным перемешиванием и выдавливается через формующий инструмент. Образующиеся изделия в дальнейшем могут изменять свою форму и размеры с последующим их фиксированием за счет охлаждения расплава. Так как червяк может вращаться непрерывно, то процесс по технико-экономическим показателям является эффективным, легко механизируется и автоматизируется. Основой проекта является разработка схемы производственного процесса, описание и расчет основных стадий. Тесно взаимосвязаны с этим вопросы выбора необходимого оборудования, оснастки и приспособлений для каждой операции, планировка производственных и вспомогательных помещений, движения материальных Потоков, определение количества работающих [2,3].

2.1. Разработка схемы производственного процесса

Типовая схема для указанных выше производств в общем виде состоит из следующих операций:

• прием и хранение сырья на заводском складе;

• входной анализ сырья и хранение на цеховом складе;

• подготовка сырья или приготовление композиции;

• формование изделий или полуфабрикатов;

• обработка изделий или полуфабрикатов;

• контроль, счет и упаковка продукции;

• хранение продукции и отправка потребителю;

• переработка возвратных отходов.

Рекомендации по подготовке сырья или приготовлению композиций даны в работах [2, гл. 5; 4,6; 6; гл. 4; 6, гл. 2-4; гл. 7; 10, гл. 3; 13, гл. 2, 3; 16, гл. 10; 17, гл. 71; по формованию [2, гл. 6, 8-10; 4, гл. 5,5; гл. 4,6; 6; гл. 7; 7, гл. 8; гл. 5, 8; 9, гл. 1; 10, гл. 4, 1; 16, гл. 12, 13; 17, гл. 10]; по обработке [2, с. 110; 6, гл. 8; 9; 10, гл. 4; 15; 14; 16, гл. 17; 18]; по контролю, счету и упаковке [2, с. 110-111, 144, 151].

Все виды подготовки и обработки должны быть обоснованы с технологической и экономической точек зрения. Для осуществления экструзии необходимо по литературным данным и по материалам практики обосновать параметры пере­работки и последующего формования изделия.

2.2. Выбор типа оборудования

Изготовление выдувных изделий, пленки, труб и листа для обеспечения высокой эффективности производства осу­ществляется, как правило, на специализированных агрега­тах: выдувных машинах, пленочных, трубных и листовальных агрегатах. Типоразмер экструзионного агрегата для по­лучения объемных изделий методом раздува выбирается ис­ходя из объема и типоразмеров с учетом программы, мате­риала, массы изделия. Агрегаты для производства пленок и профильно-погонажных изделий выбираются в зависимости от типоразмера с учетом заданной производительности. Конст­рукции и характеристики как основного, так вспомогатель­ного оборудования представлены в литературе [8, гл. 5, 8; 9; 11, гл. 3, 5,7, 11, 14; 12, ,гл. 3, 4; 13, гл. 4; 14; 15].

2.3. Технологические расчеты

Так как экструзионные машины являются универсальным оборудованием, то по указанию руководителя проекта для анализа производительности конкретного агрегата может быть проведен его гидравлический расчет. Как указывалось выше, червячная машина пластицирует расплав и подает его в формующий инструмент. Так как производительность агре­гата будет определяться совместной работой этих двух уз­лов, то проводят гидравлический расчет отдельно для экст­рудера и для экструзионной головки. Целью этого расчета яв­ляется определение зависимости производительности (расхо­да) расплава при заданных параметрах переработки от пере­пада давления на заданном участке агрегата: Q = f (АР). Ана­лиз этих зависимостей для машины и головки позволяет оп­ределить возможность их совместной работы (поиск рабочей точки). Его можно провести аналитически, но более нагляд­ным и удобным является построение графиков. Расчет явля­ется приближенным из-за ряда упрощений (моделирование свойств расплава ньютоновской жидкостью, изотермические условия течения и др.), но в целом он позволяет с достаточ­ной точностью провести инженерный расчет.

Приближенный гидравлический расчет червячной машины рекомендуется делать для зоны дозирования в следующей последовательности.

1. Определить по паспортным данным, материалам практики или на основе рекомендаций литературы [5, гл. 4; 8, гл. 5] следующее:

интервал возможных чисел оборотов червяка п;

диаметр червяка D;

шаг червяка t;

число заходов червяка т;

ширину гребня нарезки в направлении оси червяка е;

среднюю глубину нарезки червяка в зоне дозирования h_ср;

длину зоны дозирования L;

угол подъема винтовой линии нарезки червяка ,

зазор между червяком и цилиндром .

2. Для наименьшего числа оборотов в выбранном интерва­ле чисел оборотов рассчитать средний градиент скорости сдви­га расплава в межвитковом объеме:

.

2. Для выбранного материала, температуры расплава в зоне дозирования (условно можно принять равной температу­ре последней зоны материального цилиндра) и градиента скорости сдвига найти по графику [22, 23] или рассчитать (принять по таблицам) эффективную вязкость расплава для этих условий _i [17, гл. 2].

3. Рассчитать производительность экструдера для Р = 0 и P_max (по литературным данным или указанию преподавате­ля) по уравнению [19]:

,

где  - коэффициент прямого (вынужденного потока),

;

 - коэффициент обратного потока,

.

5. Построить характеристику экструдера Q=f(P) для вычисленных значений.

6. Повторить расчет для следующего выбранного числа оборотов червяка и построить соответствующие характеристи­ки.

По рекомендации руководителя проекта можно провести более точный гидравлический расчет зкструдера с учетом по­тока утечки между червяком и корпусом зкструдера по урав­нению

,

Где _{i заз} - эффективная вязкость расплава полимера в коль­цевом зазоре между червяком и корпусом зкструдера при

, - коэффициент потока утечки.

Приближенный гидравлический расчет головки рекомен­дуется проводить в следующей последовательности.

1. Начертить схему движения расплава по всей длине его перемещения но головке (от конца червяка до выхода).

2. Представить эту схему из последовательности отдель­ных участков по принципу постоянства их геометрической формы [15, 21] и проставить необходимые размеры (номера участков y = 1,2,... k).

3. Рассчитать для каждого из этих участков коэффициент его геометрической формы К_y [15, 21].

4. Задаться несколькими значениями производительности (расхода) расплава через головку до максимально возмож­ной для данного агрегата.

5. Для наименьшего значения расхода рассчитать гра­диент скорости сдвига по каждому из выбранных участков [20].

6. Определить эффективные вязкости расплава (по мето­дам, аналогичным при расчете зкструдера) для каждого уча­стка головки .

7. Рассчитать перепад давлений, необходимый для обеспе­чения заданного расхода расплава на каждом из участков схемы по уравнению

8. Суммировать перепады давлений на всех участках дви­жения расплава при выбранной производительности головки

9. Нанести расчетную точку P_Q, Q_z на график для пос­ледующего построения характеристики головки по уравнению

Q = f (P).

10. Провести расчет для следующих выбранных значений расхода Q_z.

11. По полученным точкам построить графическую харак­теристику головки.

После построения характеристик червячной машины и го­ловки построить совместный график, провести его анализ и найти координаты рабочей точки (пересечение двух линий Q = f (P). Расчетную производительность агрегата сравнить с данными практики, провести анализ и использовать для проектирования.

В зависимости от задания на проектирование провести другие, согласованные с руководителем, технологические рас­четы (расчет приемных устройств, длины и толщины заготов­ки, времени охлаждения и т. д.).