Технические расчеты к проекту цеха по производству изделий из поликарбоната методом литья под давлением, мощностью 1000 т/год

>       Площадь наружной поверхности материального  цилиндра (F) рассчитывается по формуле: 

F = πD_цL_ц, (29) 

где D_ц − наружный диаметр материального цилиндра; L_ц − длина материального цилиндра.

       В данном случае принимаем:

D_ц = 0.41 м;

L_ц = 1.38 м;

t_к = 60 ºС;

t_в = 20 ºС. 

F = 3.14×0.21×1.38= 0.9 м²,

                                                             

∆t = 60− 20= 40ºС, 

α = 9.74+ 0.07×40 = 12.54 Вт/м²∙град, 

N_п = 0.9×12.54×(60−20)= 451.44 Вт. 

       Тепловая  мощность, расходуемая на нагрев полимерного материала (N_G) рассчитывается по формуле: 

    N_G = QС₁(t₂ − t₁)/3600, (30) 

где Q −  расчётная пластикационная производительность, кг/ч; С₁− удельная теплоёмкость полимерного материала, Дж/кг∙град; t₁ и t₂ − температура в зоне загрузки и в зоне дозирования.

       В расчёте принимаем:

С₁= 1.5×10³ Дж/кг∙град;

t₁ = 85ºС;

t₂ = 290ºС.

    N_G = 104×1.93×10³(240− 25)/3600 = 11987 Вт = 11.987 кВт. 

       Тепловая  мощность, потребляемая нагревателями  материального цилиндра инжекционного  узла (N_расч) рассчитывается по формуле (22), тогда:

    N_расч = 11987 + 451.44 + 2933 − 13809.5 = 1561.94 Вт = 1.56 кВт. 

       Неравенство (20) выполняется: 

    1,56 кВт < 11,1 кВт

               Таким образом, мощность нагревательных  элементов выбранного ТПА достаточна  для расплавления и гомогенизации гранул полипропилена в материальном цилиндре  литьевой машины. 

4.6 Проверочный  механический расчёт

       Проверочный расчёт на прочность выполняют для  деталей наиболее ответственных  узлов литьевой машины.

Червяк

       Расчёт  заключается в проверке червяка  выбранной машины на прочность и гибкость в условиях конкретного технологического режима.

       Червяк  представляется в виде консольного  стержня, к которому приложено осевое усилие, сила веса и крутящий момент. Содержание расчёта определяется особенностями  работы инжекционного узла. В случае литья под давлением инжекционным методом червяк в процессе пластикации испытывает одновременное действие крутящего момента, силы веса и осевого усилия от давления подпора, при инжекции − только осевого усилия P'_ос, вызванного давлением впрыска и силой веса. Схема нагружения червяка при пластикации и инжекции показана на рисунке 6. 

      
 
 

       При пластикации полимерного материала  червяк находится в сложнонапряжённом  состоянии, испытывая одновременное  воздействие силы P'_ос, вызывающей напряжение сжатия, силы q – напряжения изгиба и М_кр – напряжения кручения.

       Расчёт  на прочность выполняют по третьей  теории прочности: 

     ; (31)

       Сила P'_ос является составляющей силой полного нормального давления, приложенной к нарезке вращающегося червяка (рисунок 6(а)): 

        ,                    (32) 

где N_мех─ механическая мощность, потребляемая червяком (определяется по уравнению    ); n_ч ─ скорость вращения червяка; (D_ср= D ─ h); λ ─ угол наклона винтовой линии червяка; ; ρ ─ угол трения расплава полимера о стальной червяк, (ρ = arctg μ, где μ ─ коэффициент трения).

       В расчёте используем:

D_ср= 50─ 4.3= 45.7 мм;

μ= 0.2.

tg λ =

0.3185 рад,

λ= arctg 0.3185= 0.308 рад,

P'_ос =

кН,

 (33)

 (34)

где q ─  погонная нагрузка от силы веса червяка; W ─ осевой момент сопротивления  сечения червяка.

; (35)

; (36)

q =

кг/м,

 МПа,

МПа.

, (37)

где W_р─ полярный момент сопротивления червяка. 

W_р= , (38)

W_р= 0.2×3.14(45.7×10^-3)³ = 5.99×10^-5 м³,

= 2191×10^-6 МПа.

.

       При инжекции, как отмечалось выше, червяк испытывает только напряжение сжатия или изгиба, поэтому его расчёт на прочность несколько упрощается:

        , (39)

где величина σ_и берётся из выполненного расчёта по уравнению  :

, (40)

где

, (41)

здесь q ─ давление впрыска расплава, выбранное  исходя из свойств перерабатываемого  материала.

= 213.13 кН,

130 МПа,

= 130 МПа 

       Из  двух значений σ_экв выбираем наибольшее и сопоставляем его с допускаемым напряжением при изгибе [σ]_и.При этом должно соблюдаться соотношение вида:

       σ_экв≤ [σ]_и. (42)

       Величину [σ]_и определяем исходя из величины разрушающего напряжения материала червяка, которое выбирается из таблицы 12. 

       Таблица 12 ─ Величина разрушающего напряжения для некоторых марок стали  и чугуна.

, (43)

где n ─  коэффициент запаса прочности (n = 2.4).

МПа.

σ_экв = 130 МПа

       Условие (4.43) выполняется.

       Расчётом  червяка на гибкость устанавливают  величину его продольного прогиба f_max под действием силы P''_ос и силы веса червяка q. Расчётное значение f_max не должно превышать величины радиального зазора δ между червяком и цилиндром.

       Прежде  всего определяют величину критического осевого усилия P_кр, при котором консольный стержень (червяк) ещё не утрачивает геометрической устойчивости.

       P_кр= , (44)

где Е  ─ модуль упругости материала  червяка; I ─ момент инерции сечения  червяка; μ ─ коэффициент защемления консоли.

       В расчёте используем:

Е = 2.1×10¹¹ Па;

I = 0.05 D_ср⁴ = 25.5×10^-8;

μ = 2.

P_кр =

= 844.77 кН.

       Так как P''_ос< P_кр (213.13кН< 844.77кН) продолжаем расчёт, определяя стрелу максимального прогиба:

       f = , (45)

где f ─  прогиб от действия силы q, м; q ─ погонная нагрузка от силы веса червяка, Н/м; L ─  длина червяка, м; I ─ момент инерции  сечения червяка, м⁴.

       f_max = ,  (46)

где f_max ─ стрела максимального прогиба, м.

f =

= 8.98×10^-5 м,

f_max =

0.120 мм

δ = 0.125мм ─ величина радиального зазора.

Условие f_max< δ выполнилось:

f_max (0.120 мм)< δ (0.125 мм).

В случае невыполнения условия f_max < δ необходимо уменьшить в возможных пределах давление инжекции расплава полимера. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список Литературы.

1. Технология  полимерных материалов под общей  редакцией В. К. Крыжановского,  изд.”Профессия” 2008  г.

2. Как  делать литевые формы Г. Менгес, В. Микаэли, П. Морен, изд.”Профессия”  2007 г.

3. Технология  полимеров,  В. А. Воробьев, Р. А. Андрианов ,издательство «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1980 г.

4. Производство  изделий из полимерных материалов, под общей редакцией В. К. Крыжановского, изд.”Профессия” 2004  г.

5. Материалы  сайта научно-производственного  предприятия “Симплекс”.

6. Басов  Н. И., Брагинский В. А., Казанков  Ю. В. Расчет и конструирование  формующего инструмента для изготовления  изделий из полимерных материалов – М.: Химия, 1991.

7.Конструирование  литьевых форм в 130 примерах  Э. Линдер , П.Унгер под ред.  А.П Пантелеева СПб .: Профессия  , 2006.-336 стр ., ил.

8. Технологическая  оснастка для переработки термопластов  Дубов К.Х., Шнейдерман М. А., Гречушкин Г.И Отраслевой каталог . М,, ЦНИИТЭстроймаш , 1983.

9.ВидгофН.Б.  Основы конструирования литьевых  форм для термопластов. М.,Машиностроение, 1979.

10. Технология  пластических масс, под ред. В.  В. Коршака, М., 1972. 

Источник: Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков