Переработка пластических масс

Переработка пластических масс и резиновых смесей представляет собой совокупность различных технологических процессов, с помощью которых исходный полимерный материал превращается в изделие с заранее заданными эксплуатационными свойствами. В настоящее время число разнообразных методов переработки пластмасс и резиновых смесей достигает нескольких десятков. Выбор метода переработки для изготовления изделия в каждом конкретном случае определяется такими факторами, как конструктивные особенности изделия и условия его эксплуатации, технологические свойства перерабатываемого материала, а также рядом экономических факторов (серийность, стоимость и т. д.).

В соответствии с назначением методы переработки  пластмасс разделяются на подготовительные, основные и завершающие.

Подготовительные  методы используются для улучшения  технологических свойств перерабатываемого  сырья, а также для получения  полуфабрикатов и заготовок (таблеток, гранул, листов, шприцованного профиля, ленты), применяемых в основных методах переработки. Среди подготовительных методов можно выделить смешение, вальцевание, таблетирование, гранулирование.

Смешение служит для получения смеси из основного полимера и различных ингредиентов, существенно улучшающих свойства материала и изделий из него. Ввиду того, что ингредиенты вводятся в основной полимер в агломерированном виде, процесс смешения сопровождается одновременным диспергированием, т. е. измельчением ингредиентов.

Гранулирование проводится для получения из расплава полимерного материала гранулята - сыпучего зернистого продукта, состоящего из однородных по размеру и форме частиц. Использование полимерного сырья в виде гранул стабилизирует режим работы перерабатывающего оборудования, облегчает дозирование сырья, повышает производительность машин и качество готовых изделий.

Вальцевание заключается в многократном  пропускании массы через зазор между валками; при этом на материал оказывается интенсивное силовое воздействие, приводящее к его разогреву, перемешиванию, гомогенизации. Вальцевание осуществляется не только для получения однородной массы материала или перевода материала в состояние, облегчающее его дальнейшую переработку (подогрев, пластикация), но может проводиться также с целью получения из полимерных материалов листов и пленок, охлаждения материала и придания ему формы, удобной для дальнейшей переработки, дробления, размола и рафинирования сырья.

Таблетирование применяется с целью получения из сырьевого материала (пресс-порошков, волокнитов) стабильных по массе прочных таблеток заданной формы. Использование таблетированного сырья при прессовании позволяет повысить точность дозирования, уменьшить потери сырья, снизить продолжительность производственного цикла, улучшить условия труда.

Изготовление  изделий из полимерных материалов осуществляется главным образом в результате проведения следующих основных технологических процессов: прессование, экструзия, литье под давлением, ротационное формование, каландрование. Особую группу составляют методы получения покрышек и формования изделий из стеклопластиков.

Прессование является одним из наиболее распространенных методов переработки пластических масс. Материал в виде порошка, гранул или таблеток загружается в пресс-форму и подвергается воздействию тепла и давления. Область применения метода - изготовление штучных изделий из композиционных полимерных материалов: реактопластов и резиновых смесей.

Экструзия представляет собой процесс формования изделия продавливанием материала через формующий канал (профилирующий инструмент). Метод экструзии предназначен для получения различных изделий погонажного типа: труб, листов, пленки, профильных полос.

Литье под давлением включает в себя следующие основные технологические операции: подогрев материала (пластикацию), впрыск - заполнение формы, выдержка под давлением и выдержка на охлаждение (отверждение - в случае литья реактопластов и резиновых смесей). Литьем под давлением изготавливаются штучные изделия сложной формы из термопластов, реактопластов и резиновых смесей.

Ротационное и центробежное формование служит для получения объемных изделий и труб из порошкообразных полимерных материалов и пластизолей во вращающейся нагретой форме. Под действием центробежных сил материал прижимается к оформляющей полости формы, образуя тонкое покрытие, которое плавится под действием нагрева. Формоустойчивость изделий из термопластов достигается путем последующего охлаждения формы.

Каландрование, как и вальцевание, является процессом непрерывного продавливания полимерного материала через зазор между двумя вращающимися навстречу друг другу валками. Но в отличие от вальцевания при каландровании материал пропускается через несколько зазоров с целью калибрования полученных рулонных материалов и пленок. Каландрование применяется также для изготовления профилированной ленты, промазки резиновой смесью тканей, обкладывания и дублирования, тиснения и обработки поверхности. Методом каландрования перерабатываются термопластичные материалы и резиновые смеси.

Оборудование  для обработки давлением подразделяют на механические прессы, гидравлические прессы, молоты, ротационные машины, автоматы, различные ножницы, установки с применением энергетических импульсов и др.

У механических прессов рабочие органы приводятся в действие от электродвигателя с помощью механической передачи, у гидравлических - плунжером гидравлического цилиндра, который перемещается под действием рабочей жидкости.

1. Механические прессы 

Рабочее движение в кривошипных  механических прессах создается при помощи кривошипно-шатунного механизма. Вращающийся кривошип 5 (рис. 1, а) сообщает через шатун 4 возвратно-поступательное движение ползуну 3 пресса. Ползун перемещается в направляющих 2.

Рис. 1. Однокривошипный механический пресс простого действия: а - схема работы кривошипно-шатунного механизма; б - схема пресса; 1- стол пресса; 2 - направляющие ползуна, 3 – ползун; 4 – шатун; 5 - кривошипный вал; 6 – тормоз; 7 - эксцентриковая втулка механизма регулировки величины хода; 8 – электродвигатель; 9 – шкив; 10 - фрикционная однодисковая муфта включения; 11 – маховик; 12 -кулачковая муфта механизма регулировки величины хода; 13 - станина.

Крайнее верхнее  положе-ние, в которое поднимается пол-зун, называется верхней мерт-вой точкой (в.м.т.), а крайнее нижнее - нижней мертвой точкой (н.м.т.). Расстояние  от стола 1 пресса до нижнего торца пол-зуна, находящегося в в.м.т. или н.м.т., называют соответственно открытой или закрытой высотой пресса. Величина полного хода ползуна Н - это расстояние между в.м.т. и н.м.т. Она равна удвоенному радиусу кривоши-па. Время, необходимое для хода ползуна от в.м.т.  к н.м.т. и обратно к в.м.т., называют временем двойного хода ползуна. Схема устройства криво-шипного механического пресса показана на рис. 1, б. Пресс состоит  из следу-ющих основных узлов: стани-ны 13,   ползуна 3,    тормоза 6,

муфты включения 10, привода, систем смазки и управления. Движение от электродвигателя 8 через клиноременную передачу 9 передается на маховик 11, свободно сидящий на кривошипном валу 5. На этом же валу установлены муфта включения 10 и тормоз 6. Вал 5 начинает вращаться только при включении фрикционной муфты 10. Для остановки кривошипного вала при выключенной муфте служит тормоз 6. При торможении кривошипный вал останавливается, а маховик 11 продолжает свободно вращаться на валу 5. Вращение кривошипного вала с помощью шатуна 4 преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна 3. Эксцентриковая втулка 7 и кулачковая муфта 12 служат для регулирования величины хода ползуна.

Шатун 4 с ползуном 3 соединяются винтом. Этот винт ввертывается в шатун, а его шаровая головка входит в соответствующее гнездо ползуна. Такое соединение позволяет изменять величину открытой и закрытой высоты пресса. Это дает возможность устанавливать на пресс штампы разной высоты и упрощает наладочные работы.

Ползун  движется в направляющих 2 станины  пресса. Нижнюю часть штампа устанавливают  на столе 1 пресса, а верхнюю прикрепляют к ползуну 3. Пространство между столом и ползуном называют штамповым пространством пресса.

Включение пресса происходит при нажатии кнопок включения или педали.  

Механические  прессы с кривошипно-шатунным механизмом по типу применяемого в приводе вала называют кривошипными. Следует отметить, что это название условно сохраняется и в том случае, когда в приводе применяются другие типы валов: эксцентриковый и коленчатый (рис. 2). Колена коленчатого вала часто называют кривошипами.

По  количеству кривошипов различают однокривошипные механические прессы, двухкривошипные и четырехкривошипные.

По  конструкции станины различают: открытые механические прессы, у которых  станина имеет С-образную форму  и доступ к штамповому пространству пресса возможен с трех сторон (рис.3, а, б); закрытые, у которых станина выполнена в виде замкнутой рамы и доступ к штамповому пространству возможен с двух сторон (рис.4); одностоечные, станины которых выполнены в виде стойки коробчатого или другого сечения (см. рис.3); двухстоечные, станина которых изготовлена из литых, сварных или составных рам; наклоняемые, станина которых может поворачиваться в вертикальной плоскости. На рис.4, а-е показаны основные сборочные единицы (узлы) механического пресса.

Механический пресс называют вертикальным, если его ползун перемещается в верти-кальной плоскости. При горизонтальном движении ползуна пресс называют горизон-тальным.

По  принципу действия механические прессы подразделяются на: прессы простого действия - с одним ползуном (рис.3, 4), прессы двойного действия (рис.5.) - с двумя ползунами (внутренним штамповочным и наружным прижимным) и прессы тройного действия - с тремя ползунами (наружным прижимным, внутренним штамповочным и вторым штамповочным, перемещающимися в противоположных направлениях), схема которого показана на рис.6.

Механические прессы двойного и тройного действия предназначаются для выполне-ния операций глубокой вытяжки. Пресс двойного действия (рис. 5, а) имеет два ползуна: наружный 1 и внутренний 2 (рис. 5, б). Наружный ползун перемещается в, направляющих станины и осуществляет прижим заготовок, а внутренний движется в направляющих, установленных в наружном ползуне, и производит вытяжку изделий (рис. 5, в).

Привод внутреннего  ползуна осуществляется непосредственно от кривошипного вала. Наружный ползун получает движение от блока шестерен посредством кривошипношатунного механизма и системы рычагов.

Прессы двойного действия по сравнению с прессами простого действия имеют боль-ший ход ползуна. Эти прессы находят широкое применение в автомобильной промышленности.

Прессы тройного действия (рис. 6) имеют три ползуна. Один из них прижимной, а два другие - вытяжные, которые перемещаются в противоположных направлениях.

У открытых прессов конструкции станина  позволяет осуществлять подачу материала  как вдоль, так и поперек фронта пресса. (Фронтом пресса называют его  сторону, обращенную к рабочему месту.)

У закрытых механических прессов доступ к штамповому пространству с боковых  сторон  возможен через окна в  стойках станины. Наличие этих окон расширяет технологи-

ческие возможности прессов, позволяет монтировать средства механизации и авто-матизации.

Станины небольших прессов (см. рис. 3 и 4) изготавливают литыми из чугуна, а иногда из стали. Более распространены сварные станины, которые получают сваркой толстых стальных листов и плит. Такие станины легче, прочнее и дешевле. Сварные станины могут быть цельносварными и разъемными, которые состоят из отдельных сварных частей, соединенных болтами.

У большинства прессов станины  изготовляют заодно со столом. В столах прессов де-лают одно центральное или несколько отверстии. Отверстие в столе необходимо для уста-

новки выталкивателей, а также для удаления деталей или отходов при штамповке. На стол пресса крепят подштамповую плиту, на которой устанавливают нижнюю часть штампа.

Открытые  прессы могут иметь подъемный  стол (см. рис. 3) и отверстие 2 в станине, в которое помещается рог. Рог служит для установки нижней половины штампа, когда приходится выполнять пробивку отверстий или другие штамповочные операции в круглых, полых деталях значительной длины и диаметра, например, в трубах, бачках и др.

Подъем  стола пресса (рис.3) осуществляется вручную поворотом винта 8.

Шатун (см. рис. 4) своей верхней частью надевается на эксцентриковую или кривошипную шейку вала. В нижней части шатуна имеется внутренняя резьба для крепления винта с шаровой опорой (см. рис.4, г).

В однокривошипном открытом одностоечном прессе простого действия (см. рис. 3) шатун 7 надевается на эксцентриковую втулку, насаженную на эксцентриковую часть рабочего вала (см. рис. 4,е). Эксцентриковая втулка и вал соединяются кулачковой или зубчатой муфтой (см. рис.1,б). Регулировка величины хода ползуна осуществляется поворотом втулки эксцентрикового вала

Если эксцентриситет втулки и вала совпадает, ход ползуна  будет наибольший. Если же эти эксцентриситеты  противоположны, ход будет наименьший.

 

Рис.5. Однокривошипный пресс двойного действия К5535: а – общий вид; б – схема работы;    в) - примеры выполнения изделий, полученных  штам-повкой на прессе.

Рис.6. Схема механического  пресса тройного действия: 1- нижний коленчатый вал; 2 – нижний ползун; 3 – внутренний ползун; 4 – наружный ползун; 5 – кулачки; 6 – верхний коленчатый вал;  7 – изготавливаемая деталь; 8 – матрица.