Описание технологического процесса

При получении магнитопластов методом полимеризационного наполнения предложена следующая схема производства.

Капролактам в виде кристаллов, размером 2 мм из емкости для хранения поз.1 поступает в смеситель поз.5. Туда же из бункера поз.2 подается вода. В смеситель также добавляется уксусная кислота из емкости поз.3. Компоненты поступают в смеситель с помощью весовых дозаторов. Смешение проводится в среде инертного газа – азота для предотвращения окисления смеси. Смеситель обогревается горячей водой, температура в смесителе 90°С. Капролактам расплавляется, смешивается с добавками и с помощью насоса поз.7 подается в следующий смеситель поз.6. Из герметичной емкости для хранения поз.4 в смеситель поз.6 с помощью весового дозатора подается феррит Ba. Смешение происходит также в инертной среде, при той же температуре. Затем подготовленная смесь поступает в автоклав поз.11, где происходит полимеризация капролактама на поверхности и в объеме наполнителя при температуре 250°С. После завершения процесса полимеризации из полученного материала формуется жилка, диаметром 2 мм, при продавливании через фильеру, которая проходит через ванну поз.17 с холодной умягченной водой. С помощью тянущих валков поз.15 и направляющих поз.14 жилка направляется на резательный станок поз.18.

Синтезированный ПКА – полимерная основа магнитопласта – содержит большое количество НМС. Поэтому полученный после резки гранулят поступает в промежуточный бункер поз.20, а затем – в промыватель-экстрактор поз.25 для удаления НМС. Экстракция проводится горячей водой (температура воды 80°С) не менее 4-5 раз. Остаточное содержание НМС составляет около 2%. Промывные воды далее после экстракции направляются насосом поз.10 на регенерацию: вначале на установку для улавливания феррита Ba поз.9, снабженную магнитом, а затем – на фильтр поз.8 для удаления несполимеризовавшегося капролактама. В качестве материала фильтра можно использовать композиционные ионообменные волокнистые массы. Затем насосом поз.12 чистая вода возвращается в цикл.

Отмытый гранулят транспортером поз.24 направляется в промежуточную емкость с дозатором поз.13, а затем – в барабанную сушилку поз.16 для удаления избыточной влаги, поглощенной на стадии экстракции. Сушка проводится при температуре 105°С с помощью горячего воздуха. После завершения сушки материал собирается в бункере для хранения с весовым дозатором поз.23.

Изготовление изделий из магнитопласта осуществляется методом литья под давлением при температуре пластикации до 300°С, удельном давлении литья 1400 кгс/см² на термопластавтомате поз.19 с последующим намагничиванием на установке поз.21 с применением импульсных магнитных полей. На термопластавтомат материал также поступает с помощью транспортирующего устройства поз.22.

3. Параметры технологического процесса

·  Соотношение компонентов:

Таблица 1

·  Температура полимеризации:

Т = 250 ± 5°С

·  Время полимеризации:

t = 3 часа

Параметры изготовления изделий

·  Температура литья: Т = 230 ± 5°

·  Давление литья:  Р = 140 МПа

Время выдержки под давлением: t выд = 14 сек

4. Выбор и краткая характеристика основного применяемого оборудования

Первоначально метод литья под давлением был освоен промышленностью на оборудовании, применявшемся для прессования. Затем появился новый вид оборудования: одно- и многопозиционные литьевые машины, имеющие существенные конструктивные отличия от прессов.

Процесс переработки осуществляется на серийно выпускаемых промышленностью литьевых машинах, состоящих из двух частей: механизма пластикации – впрыска и механизма запирания формы. Первая из этих частей служит для дозирования материала, его пластикации и впрыска расплава в форму. Вторая часть предназначена для крепления литьевой формы, её перемещения и удержания в сомкнутом состоянии[22].

Литьевые машины в соответствие с конструкцией механизма пластикации подразделяются на машины с поршневой и червячной пластикацией.

У литьевой машины с поршневой пластикацией механизм пластикации – впрыска состоит из гидроцилиндра с поршнем, литьевого (инжекционного) поршня, пластикационного цилиндра и устройства дозирования.

Значительный прогресс в области литья под давлением был связан с использованием червячной предварительной пластикации расплава. В машинах этого типа червяк выполняет одновременно функции пластицирующего и дозирующего рабочего органа и впрыскивающего поршня [21]. Литьевой машиной такого типа является Термопластавтомат модели ДК3330.Ф1 [23].

Термопластавтомат модели Д-3328 предназначен для изготовления изделий методом литья под давлением из термопластичных масс с объёмом впрыска до 63 см³ и температурой пластикации до 300 ⁰С. К таким материалам относится полистирол, полиэтилен, ацетилцеллюлозный этрол, поликапроамид и другие.

В автомате предусмотрена предварительная шнековая пластикация материала. Вращение шнека осуществляется от гидромотора и регулируется бесступенчато. Привод узлов смыкания и впрыска электрогидравлический.

Впрыск материала в сомкнутые формы производится под давлением до 1400 кгс/см².

На автомате могут изготавливаться одна или несколько деталей одновременно, в зависимости от конфигурации, веса и площади литья.

Предусматривается возможность изготовления изделий с металлической арматурой.

Исходный материал, подлежащий переработке, должен быть гранулированным. Размер гранул не должен превышать Ø 5 мм.

Термопластавтомат ДК3330.Ф1 является горизонтальной машиной колонного типа с разъёмом литьевых форм в вертикальной плоскости, с гидромеханиским приводом узла смыкания и гидравлическим впрыском (табл.2).

Таблица 2

Технические характеристики термопластавтомата ДК3330.Ф1

Автомат может работать на автоматическом, полуавтоматическом и наладочном режимах.

Цикл изготовления изделия состоит из следующих друг за другом операций.

Происходит смыкание форм и поджим подпружиненной плиты к соплу. После полного смыкания форм получает движение вперёд шнек, который впрыскивает предварительно пластифицированный материал в форму. Происходит выдержка материала под давлением. По окончании выдержки под давлением включается реле времени охлаждения и даётся команда на набор материала ─ начинает вращаться шнек. Пока изделие в форме охлаждается, шнек набирает новую порцию массы и давлением этой массы отводится назад. После набора определённой дозы материала вращение шнека прекращается. По окончании охлаждения происходит размыкание форм и выталкивание готового изделия в лоток станины [23].

Термопластавтомат состоит из отдельных сборных узлов, смонтированных на станине:

1). Станина

2). Механизм впрыска

3). Цилиндр обогрева

4). Редуктор

5). Бункер

6). Мундштуки

7). Механизм смыкания форм

8). Ограждение

9). Охлаждение

10). Гидрокомуникация

11). Гидропанель

12). Кран управления

13). Золотник блокировки

14). Электрооборудование

15). Электрошкаф

16). Электрообогрев

17). Принадлежности.

Станина автомата – сварная. На станине установлены узлы механизмов смыкания и впрыска, шнековый пластикатор и ограждение. В станине монтируется гидроаппаратура и гидрокоммуникации. На переднюю стенку станины выведен электрический пульт управления, рукоятка гидравлического крана управления, охлаждение, дроссель регулировки числа оборотов шнека, рукоятки двух напорных золотников. К правому торцу крепится электродвигатель.

Механизм впрыска предназначен для создания давления, необходимого для заполнения формы материалом и поддержания давления в нём в период выдержки материала под давлением.

Максимальное давление, развиваемое цилиндром впрыска, составляет 17,5 тонн, что обеспечивает удельное давление литья, равное 1400 кгс/см².

Цилиндр обогрева предназначен для нагрева перерабатываемого материала и его пластикации. Материальный цилиндр крепится к передней плите механизма впрыска. Нагрев материального цилиндра осуществляется электрическими нагревателями сопротивления. Предусмотрены 3 зоны обогрева. Температура в каждой зоне регулируется терморегуляторами при помощи термопар.

Гранулированный материал из бункера попадает в загрузочную воронку на вращающийся шнек и продвигается вдоль материального цилиндра. Движение материала происходит за счёт разницы между коэффициентами трения материала о шнек и стенки цилиндра. Продвигаясь вперёд, материал разогревается, перемешивается и в расплавленном состоянии скапливается в камере перед шнеком. Давление материала отводит шнек назад, преодолевая противодавление в цилиндре впрыска, которое регулируется напорным золотником. Величина противодавления при отводе шнека зависит от перерабатываемого материала. Величиной отхода шнека регулируется объём впрыскиваемой дозы материала. Охлаждение материального цилиндра в зоне загрузки осуществляется проточной водой.

Редуктор предназначен для понижения числа оборотов шнека. Редуктор одноступенчатый, червячный. Он установлен на плите механизма впрыска и через шлицевый вал передаёт вращение на шнек. Привод редуктора осуществляется от гидромотора, у которого крутящий момент равен 5 кгм. Число оборотов шнека регулируется бесступенчато. Диапазон регулирования чисел оборота шнека находится в пределах от 20 до 100 об/мин и осуществляется регулятором скорости.

Бункер является приёмным устройством для перерабатываемого материала. Ёмкость бункера – 20 кг. Количество материала в бункере контролируется визуально через смотровое окно.

Мундштуки. Машина укомплектована двумя мундштуками, один из которых самозапирающийся, предназначен для впрыска жидкотекучих пластмасс. Второй мундштук служит для впрыска в пресс-форму пластифицированных вязких пластмасс.

Механизм смыкания форм предназначен для создания усилия, необходимого для удержания формы в замкнутом состоянии в процессе литья и охлаждения.

Ограждение. Для предохранения рабочего вся опасная зона движения форм закрывается специальным ограждением. Ограждение состоит из двух щитков: рабочего и неподвижного. Рабочий щиток выполнен в виде дверцы, которая закрывает опасную зону литьевых форм во время работы автомата. Подвижная дверца состоит из жёсткого каркаса, внутрь которого вставлено оргстекло и перемещается по двум направляющим.

Ограждение сблокировано таким образом, что при его открытии прекращается перемещение подвижной плиты механизма смыкания. Одновременно с гидравлической блокировкой срабатывает электрический конечный выключатель, который отключает цепь управления.

Обогрев. Наружный обогрев материального цилиндра, а также сопла осуществляется электрическими хомутовыми плоскими элементами сопротивления. Цилиндр разделён на 3 зоны обогрева, расположенных от начала поступления материала к соплу. Каждая зона состоит из двух элементов мощностью по 500 вт. Элемент сопротивления состоит из полосы листового гибкого стекломиканита, на которую намотана лента нихрома. Полоса с нихромом и двумя стекломиканитовыми изолирующими прокладками помещается в металлический хомут из нержавеющей ленты.

Регулирование температуры зон осуществляется милливольтметрами с фотоэлектрическим устройством типа MPI-02.

При достижении заданной температуры стрелка прибора прерывает луч света, падающий от осветителя на фотосопротивление. Фотосопротивление связано с исполнительным реле, управляющим пускателем обогрева.

Регулирование температуры зон производится путём включения или отключения всего обогрева зоны.

Датчиками для милливольтметров являются хромель-копелевые термопары типа ТХК-539, укреплённые на цилиндре обогрева.

Узел гидрокоммуникации представляет собой установку гидроаппаратуры в станине и разводку труб, связывающих гидроаппаратуру с рабочими узлами.

Золотник блокировки предназначен для прекращения подачи масла в штоковую полость цилиндра смыкания при открытой двери ограждения [23].