Способы формования и способы усовершенствования технологии производства сальников реактивной штанги

1.1.4 Способы формования и способы усовершенствования технологии производства сальников реактивной штанги

По способу изготовления, комплектующие резиновые детали подразделяются на формовые и неформовые. Формовые называют изделия, вулканизацию которых проводят в замкнутых пресс – формах под давлением, т.е. при их изготовлении процессы формования и вулканизации совмещены. Вследствие вулканизации под давлением такие изделия характеризуются высокой плотностью, а использование правильно рассчитанных пресс-форм с тщательно обработанными внутренними стенками придает изделиям точные размеры и гладкую внешнюю поверхность. При получении неформовых изделий их формование осуществляется методами экструзии, каландрования и т.п., а при вулканизации пресс-формы не применяют.

В промышленности формовые изделия изготавливают компрессионным методом, литьем под давлением, комбинированным методом, заключающимся в формовании и предварительной вулканизации изделий в пресс-формах с последующей окончательной довулканизацией в вулканизаторах. И способом штамповки с дальнейшей вулканизацией в термостате, причем каждый из перечисленных методов имеет много разновидностей. [2,3,7,13]

Независимо от способа изготовления в основе производства многочисленных РТИ заложена единая технологическая схема:

Изготовление полуфабрикатов Выполнение заготовок

Вулканизация Отделка изделий.

Процессы изготовления полуфабрикатов могут включать одинаковые операции для различных изделий, например составление и обработка резиновых смесей. Выполнение заготовок, вулканизация и отделка различна для каждого вида изделий.

Подготовка сырья на резиносмесителях.

Для приготовления резиновой смеси используют резиносмеситель.

Резиносмеситель является машиной закрытого типа. Он предоставляет собой камеру, состоящую из двух цилиндрических половин, внутри которых навстречу друг другу вращаются два ротора, имеющих сложную конфигурацию в продольном и поперечном сечении. Камера с торцов закрыта боковыми стенками, через которые проходят роторы своими цилиндрическими шейками. Сверху камера имеет загрузочное окно, закрываемое затвором, который способен перемещаться в вертикальном направлении и открывать или закрывать доступ в камеру. В нижней части камеры имеется загрузочное окно, закрываемое нижним затвором.

Исходные компоненты резиновой смеси (каучук, наполнители, пластификаторы, вулканизующие агенты и др.) загружаются в определенном порядке или все вместе в камеру резиносмесителя через верхнее окно.

Перемешивание сопровождается деформацией и разделением частиц компонентов. В отличие от вальцов эти процессы совершаются не только в зазоре между роторами (валками), но и во всем остальном пространстве смесительной камеры: между роторами, между роторами и стенкой камеры, между роторами и гребнем нижнего затвора, между роторами и боковыми стенками.

В результате перемешивания исходные компоненты распределяются в массе каучука, и готовая резиновая смесь в виде достаточно однородной бесформенной массы выгружается из резиносмесителя через нижнее окно.

Резиносмеситель работает по периодическому циклу, складывающемуся в основном из трех операций: загрузки компонентов, собственно смешения и выгрузки готовой резиновой смеси. Продолжительность цикла смешения определяется составом резиновой смеси, свойствами исходных компонентов и целым рядом других факторов. [2; 3; 12]

Подготовка сырья на вальцах.

Резиновая смесь загружают на вальцы и многократно пропускают через зазор между вращающимися валками. Резиновая смесь втягивается в зазор под действием силы трения и в результате возникающего сцепления (адгезии) между резиновой смесью и поверхностью вращающихся валков. При этом зона деформации и степень захвата резины валками определяются углом альфа, который, колеблется в пределах от 10 до 45 градусов.

Многократное пропускание резиновой смеси через зазор между валками обеспечивает равномерный разогрев и перемешивание, чему способствует подрезка (в ручную или с помощью механического ножа) образующегося на валке слоя. [2,12,13]

Подготовка сырья на каландрах.

Разогретую резиновую смесь пропускают в зазоре между горизонтальными валками, вращающимися навстречу друг другу, при этом образуется бесконечная лента определенной ширины и толщины.

При каландровании полимерных материалов проходит через зазор только один раз. Поэтому для получения листа с гладкой поверхностью очень часто используют трех- или четырехвалковый каландры, имеющие листы с точностью по толщине до + 0,02 мм. Ширина листа определяется рабочей длинной валка.

При каландровании проводят различные технологические операции:

формование резиновой смеси и получение гладких или профильных листов;

дублирование листов;

обкладка и промазка текстиля резиновой смесью.

Под действием упругих сил деформируемого материала, проходящего через зазор, между валками каландра возникают распорные усилия, величина которых зависит от зазора между валками, запаса смеси между ними, вязкоупругих свойств смеси, скорости обработки и других факторов. Наибольшее распорные усилия возникают между первым и вторым валками каландра, на которых находится наибольший запас смеси. (2; 5; 12)

В зависимости от выполняемых процессов каландры подразделяют на:

листовые – для изготовления резиновых смесей в виде гладких листов;

профильные – для выпуска резиновых смесей с более сложным профилем сечения или с нанесением на лист рисунка (подошвенные и др.);

обкладочные – для наложения резиновой смеси тонким слоем на ткань при одинаковых окружных скоростях валков в выпускающем зазоре;

промазочные – для втирания резиновых смесей в нити ткани и переплетения между ними. [2; 5; 12]

Изготовление заготовок на предформователе «Барвелл».

Подогретую резиновую смесь загружают в камеру предформователя фирмы «Барвелл». Станок состоит из инжекционного цилиндра с поршнем, гидроцилиндра, поворотной головки со сменной профилирующей шайбой, плоского отрезного ножа с приводом и отборочным транспортером, гидропривода, системы термостатирования инжекционного цилиндра, вакуум-насоса, осуществляющего вакуумирование смеси перед профилирующей головкой.

Под действием поршня из инжекционного цилиндра через профилирующую шайбу выдавливается резиновая смесь, приобретая необходимую форму. После выхода из шайбы резиновый профиль срезается ножом.

Полученная заготовка попадает в ванну для охлаждения и обработки антиадгезивным раствором, или в воде, или мыльном растворе (что оговаривается технологической картой), для предотвращения слипания заготовок во время хранения. Во избежания деформации заготовок производят их сортировку. [2; 5; 12]

На червячных машинах.

В результате взаимодействия с рабочими органами машины резиновая смесь подвергается интенсивным деформациям, главным образом сдвигового характера, нагревается и размягчается до пластичного состояния. Червяк создает давление в перерабатываемом материале, достаточное для преодоления сопротивления головки и профилирующего инструмента. Пластичная резиновая смесь продавливается через профилирующий инструмент, приобретая форму и очертания, близкие профилю выходного отверстия.

Червячные машины относятся к классу машин непрерывного действия. Непрерывная подача материала в загрузочную воронку обеспечивает получение профильных заготовок любой длины.

В процессе переработки резиновой смеси на червячных машинах одновременно протекают явления перемешивания, пластификации, нагнетания и формообразования. [2; 12; 13]

Компрессионный способ вулканизации.

При компрессионном способе в гнезда одной из полу форм пресс – формы закладываются заготовки из резиновой смеси, близкие по форме и объему к формуемому изделию. После этого полу формы совмещают и помещают в пресс. Под действием усилия прессования в резиновой смеси возникают напряжения деформации, приводящие к течению смеси, в результате которого резиновая смесь приобретает конфигурацию гнезда формы. Компрессионное формование осуществляется на прессах, развивающих давление на площадь нагревательной плиты 5 –10 МПа

Температура вулканизации на прессах 140–160 ^оС. Продолжительность зависит от температуры вулканизации (температуры теплоносителя), размера изделий и рецептуры применяемых резиновых смесей. Практически продолжительность вулканизации принимается от 6 –10 до 60 – 90 мин.

Период текучести резиновой смеси определяется длинной каналов, по которым проходит смесь, ее вязкостью и другими условиями. Усадка для мягких резиновых смесей составляет в среднем 0,02% от диаметра изделия. [2; 5; 12]

Вулканизация в литьевых прессах.

Нагретая резиновая смесь загружается в напорную камеру плунжерного устройства, которая обогревается паром или электричеством и имеет цилиндрическую форму. Замкнутая форма перемещается на подвижной стол так, чтобы отверстие литника совпадало с отверстием системы литников в самой форме. Затем с помощью подвижного стола форма поджимается к литнику и начинается совместное движение стола, формы и напорной камеры вверх. При этом в движении плунжер входит в напорную камеру и вытесняет резиновую смесь в полость формы. После заполнения формы резиновой смесью движение вверх прекращается, стол с формой опускается вниз и форма удаляется на вулканизацию изделий.

Машины для литья под давлением резиновых смесей классифицируются по объему отливки, по принципу действия инжекционного механизма (плунжерные, червячно-плунжерные, червячные с предварительной пластикацией и без нее), по компоновке инжекционной и прессовой части (горизонтальные, вертикальные, угловые), по числу прессовых узлов (одно- и многопозиционные) и по другим признакам. (1,2,12)]

Преимущества литья под давлением перед компрессионным.

Замена компрессионного формования на литье под давлением имеет ряд преимуществ. При способе формования в прессе, как правило, из вальцованных лент нарезаются заготовки. Для литья под давлением достаточно сделать заготовки для определенных типов поршневых и червячных машин или стержни для шнековых литьевых прессов.

При способе литья отпадает необходимость в транспортировке и промежуточном хранении нарезных заготовок; образующиеся отходы, однако, не выбрасываются, и как правило, должны опять вальцеваться или заново шприцеваться. Отпадает операция закладывания заготовок в форму. При этом надо иметь в виду, что неправильная закладка при формовке часто повышает процент брака.

Значительно более короткое время вулканизации при литье под давлением приводит к равномерному разогреву массы. В зависимости от формы, состава смеси и выбранной машины время вулканизации можно сократить на 70 – 90%. При литье нет необходимости в однократном или многократном открывании формы для удаления воздуха, требующемся, как правило, при формовке в прессе.

Выемка из формы готовых изделий осуществляется, как правило, быстрее и производится без применения тяжелой ручной работы, необходимой при способе прессования, особенно для плоских форм в многополочных прессах.

При литье очистка готовых деталей от заусенцев исключается совсем или в значительной степени, в зависимости от конструкции формы. В противоположность формовке в прессе, при литье часто можно отказываться от применения специальных средств, облегчающих выемку из форм. Процент отходов и брака, который при формовке процессе составляет в среднем 20 – 40%, может при литье снизится в среднем до 5 –20%. В отдельных случаях эта разница может быть значительно больше.

Недостатком является значительно более высокая себестоимость форм и машин. [1,13]

Инжекционно-компрессионный способ формования.

Важным направлением работ по сокращению отходов является использование инжекционно-компрессионного способа формования (в литьевых прессах 4520–113, «РЕП» и др.). При этом способе производства в форме имеется автономная литниковая система, которая соединена с инжекционным цилиндром и с гнездами одной части формы. После соединения формующего инструмента с инжекционным цилиндром резиновая смесь впрыскивается в полость формы, при этом происходят процессы формования и дозирования заготовки в гнезда формы. После окончания формования заготовок форма расстыковывается, литниковая система выводится из пресса, а ее место занимает вторая полуформа. После чего под давлением пресса осуществляется окончательное формование и вулканизация.

Перспективны безотходные процессы производства с использованием порошковой технологии, жидкого формования. Для заготовок используют порошкообразную или мелкогранулированную резиновую смесь с добавлением измельченных отходов – выпрессовок. Заготовки формуют как таблетки, а при изготовлении резиноармированных манжет в них запрессовывают металлическую арматуру. Сформованные заготовки можно применять на прессах-полуавтоматах, оснащенных перезарядчиком.

Жидкое формование позволяет исключить процессы резиносмешения и изготовления заготовок, характеризуется почти полным отсутствием отходов, резким сокращением трудовых затрат. В настоящее время методом жидкого формования изготавливают изделия преимущественно из полиуретанов на литьевых машинах «Десма», а также на оборудовании, разработанном ВНИИРТМАШем. С учетом вязкости перерабатываемых материалов выпускаются машины низкого (до 2,5 МПа) и высокого (до 30 МПа) давления. На установках низкого давления эффективно изготовление крупногабаритных материалоемких изделий методом свободного литья. В этом случае резко снижаются масса пресс-форм и их стоимость.

Метод основан на поликонденсации жидких компонентов (олигоэфиров и диизоцианатов) непосредственно в формах с образованием полиуретанов сетчатого строения. Скорость процесса регулируется подбором соответствующих катализаторов. Компоненты подаются в литьевую головку из баков шестеренчатым насосом. Жидкие компоненты впрыскиваются в форму с помощью самоочищающихся червячного устройства, при этом вращающийся червяк предварительно перемешивает оба жидких компонента (в виде суспензий, содержащих ингредиенты-добавки). [2,12,13]

Обработка деталей.

Для уменьшения ручного труда, увеличения производительности, предотвращения парезов, которые не допускаются на сальниках в технологический процесс вводится новая стадия обработка готового продукта на подрезном станке.

Машина с педальным управлением служит для выполнения среза с помощью сменных приспособлений для каждого типоразмера сальников, предусмотренных конструктором.

Машина служит для обработки сальников диаметром в приделах от 35 до 96 мм., а также для других сальников при замене приспособлений.

Производительность машины значительно не меняется при изменении диаметра уплотнителей и равняется примерно 1 500 штук в час. При обработке деталей обрезчиком с помощью ножниц производительность равняется примерно 600 штук в час. [2]

Анализ литературных данных показал, что в настоящее время наряду с модификацией резиновой смеси также совершенствуется технологический процесс.

В технологический процесс вводится новая стадия обработка готового продукта на подрезном станке. Применение которого увеличивает производительность обработки деталей с 600 штук деталей в час до 1 500 штук. [2,12,13]

1.2 Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции

1.2.1 Характеристика исходного сырья

В составы вулканизирующих систем входят вулканизирующие вещества, ускорители и активаторы вулканизации, обуславливающие перевод каучука из пластического состояния в высокоэластического с образованием вулканизационных структур.

Для придания резинам требуемых свойств каучуки смешивают с сыпучими или жидкими органическими и неорганическими веществами.

Технологический процесс изготовления резиновой смеси должен соответствовать ТР 57–024–94 на производство резиновой смеси. [1,8,9]

Основные компоненты резиновой смеси 57–5037 для производства реактивной штанги.

Рецепт резиновой смеси приведен в таблице 1.2.1.1.

Таблица 1.2.1.1.

Теоретическая плотность – 1,25*10³ кг/м³.

Физико-механические показатели [8,9] резиновой смеси 57–5037 для сальников реактивной штанги указаны в таблице 1.2.1.2.

Таблица 1.2.1.2.

1.2.2 Характеристика вспомогательных материалов

Характеристика вспомогательных материалов [8,9] приведена в таблице 1.2.2.1.

Таблица 1.2.2.1.