Производство одноразовой посуды методом вакуум формования

     Робота екструдеру, вакуумформовочного обладнання i виробного процесу повинніі бути строго синхронними.

     Для кращої обробки поверхні листа часто в лінію включають трьохвальковий колібровочний устрій. В цьому випадку вакуумформовочна машина повинна мати ділянку вторинного нагріву листа.

     До достоїнств машин типа "екструдер - формуючий агрегат" можна віднести зниження енерговитрат, рівномірність нагріву листа, зниження витрат на транспорт i обробку вихідного матеріалу, а до недоліків - важкість управління i необхідність точної синхронтзації роботи окремих вузлів агрегатів.

 

     

5 ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОПЧНОЇ ОСНАСТКИ

     Машини стрічкового типу працюють в автоматичному режимі i дуже продуктивні. В останній час їx випускають, не тільки для виробництва дрібної тари, але й для формування виробів середніх габаритів. Машини стрічкового типу мають вакуумний пневматичний, механічний і комбшований вузли формування.До багатопозицційних машин з позиціями різного призначення слід також віднести машини, в яких формування i охолодження виробів здійснюються на одній позиції, а нагрівання на іншій.

5.1 Розмітка листової заготівки

Обладнання DOGA - VAG

Розміри прижимної рами, см   41/40,5 

     Розрахунок необхідних розмірів листової заготввки для трьох видів одноразової тари, [1]. 
 
 
 

 
 

Де L - розмір листової заготівки, см, n - число виробів розташованих уздовж шуканої сторони заготівки, 16,1м,1т - розмір виробів (відповідно стакана на 100 мл., стакана на 50 мл., таршки), см, z - припуск на зажим z = 1 см , zl - відстань між гніздами, zl - 2 см , Y -усадка заготівки при нагріванн1 (усадка удовж листа Y , усадка упоперчному напрямку Y1 ). 16 = 6,6 см, 1м = 5,2 см, 1т = 15,2 см 1.1      Для одноразового стакану на 100 мл: 1.1.1.   Довжина робочого столу: 

1.1.2  Ширина робочого столу: 

1.1.3. площа поверхн1 S = L L1 S=см²

Гнізднність форми для отримання одноразових стаканів на 100 мл дорівнює: 

1.2. Для одноразового стакану на 50 мл:

1.2.1. Довжина робочого столу:

L=

1.2.2. Ширина робочого столу:

L1=

1.2.3. Площа поверхнні: 
S=L۰L1 
 

Гніздність форми для отримання одноразових стаканів на 50 мл дорінює:  
 

1.3. Для одноразової тарлки:

1.3.1. Довжина робочого столу:

L= см

1.3.2. Ширина робочого столу:

L1=см

1.3.3. Площа поверхні: 
S=L۰L1=cm 
 

Гніздність форми для отримання одноразових таршок дорівнюе:  - гнізда. 
 

5.2 Закріплення заготівки

     Герметизація листа зажимною рамою здійснюється за допомогою прокладки з теплостійкої пористої гуми, закршленої в пазу рами. Максимальний розмір зажимної  рами є основним параметром термоформуючої машини.

     Сила F (в Н),що зажимає лист при формуванні, визначається за формулою: 

       

Де - розтягуюче напруження, що з'являеться в лисп при формуванш, Па, - товщина листу, м, П - периметр зажимного листу, м, f--коефіцієнт тертя листу - пориста гума.

П=2 (а +b)

F= 

Зажимного устрою в 5,5 10 Н досить для надійного закріплення листів будь-яко'ї товщини та жорсткості при формуванні будь-яким методом 
 

5.3 Нагрівання листових заготівок

     Найбільш часто для нагрівання листів застосовують інфрачервоні нагрівачи. При такому нагріванні по товщині листа з'являеться великий температурний градієнт. Різність температур на поверхні листа залежить від потужності нагрівача, товщини листа та його теплопровідності.

     В якості нагрівача використовують елементи опору, виготовлених з ніхромової проволоки, стрічок або стержнів.

 

     

     Проволочні елементи зі скляною ізоляцією мають максимальну температуру поверхні 643 - 693 К. Питома потужність таких нагрівачів при максимальній температурі дорівнює 2,2 - 3,3 Вт / см. Керамічна ізоляція дозволяє підняти температуру поверхні нагрівача до 873 К, а питому потужність довести до 6 Вт / см. Недоліком керамічної ізоляції є велика маса нагрівача.

     Робоча температура стрічкових та стержневих нагрівачів складае 773 - 1073 К. Їх питома потужність залежить від густини монтажу окремих елементів i досягає 10 Вт /см.

Робоча температура трубчатих нагрівачів досягае 1023 - 1273 К.

     Вольфрамова спіраль кварцових випромінювачів, трубка яких заповнена інертним газом, нагрівається до 2473 К. Ці нагрівачи працюють в короткохвильовому діапазоні інфрачервоного випромінювання. Вони володіють малою інерційністю та високим КПД. 
 

     В будь-якому випадку конструкція нагрівачів повинна бути такою, щоб зміна величини поверхні обігріву ( за рахунок відключення частини елементів) забезпечило відповідність поверхні робочої (теплової) зони нагрівачів, поверхні будьякого установленого в даний момент зажимного устрою. 
 
 

5.4 Розрахунок часу нагріву заготівки

Час нагріву листової заготівки розраховується за формулою:

 
 

По даним [1] питома теплоемкють С=3,853 ( в кДж / (кг К)).

     Поверхня заготівки, що звернена до випромінюючого нагрівача, нагріваеться із-за малої температуропроводності термопластів набагато швидше внутрішніх шарів матеріалу i тим паче швидше оборотної поверхні листа. В результаті на поверхні термопластичного листа може початися термічне розложення термопласту, в той час як інша частина матеріалу ще не встигає перейти з склоутворчого стану в BE. Збільшення інтенсивності обігріву не приводить до позитивних результатів, в насліідок того, що поверхнева термодеструкція починає іти швидше. Тому потужність матеріала при односторонньому обігріві не повинно перевищувати 15-20 кВт /м. Слід пам'ятати, що температура нагрівачів випромшювання, як i відстань їх від поверхні листа, може регулюватися. 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.5 Формування Bиробів

     Формування виробів відбуваеться внаслідок витяжки листа під дією атмосферного тиску повітря при вакуум формуванні та під дією зжатого повітря при пневматичному формуванні, а також за рахунок підсилення пуансона при механічній витяжці листа.

     Швидкість витяжки гарячої запготівки звичайно регулюється витратою повітря, що подається в форму або продуктивність вакуум-насоса.

     При виготовленні виробів швидкість формування звичайно нижче, ніж при формуванні неглибоких виробів, тому що при більшій глибині витяжки високі швидкості приводять до розриву заготівки.

Розраховуемо об'ем форми:

V F = S*H=м

     Значения параметрів пневмосистеми, що забезпечуе оптимальні умови формування. Приведені в табл. 5.1

 Час формування визначається часом отвода повітря з порожнини форми. Якщо нехтувати опором трубопроводу, то час отсосу повітря з форми дорівнюе об'єму форми - V F, поділейному на продуктившсть насосу W та помноженному на коефіццєнт зміни тиску Кр: Кр=Рр./Рк =

Час формування при застосуванні попередньої витяжки листа: 

 
 

Де V F - об'ем форми (матриці) ,м, W - продуктивнють вакуум-насосу, м/с, Кр - коефіціент зміни тиску.

Таблиця 5.1 - Параметри пневмосистеми, що забезпечують оптимальні умови формування при розмірі форми (410 - 405) мм. 

5.6 Розрахунок товщини стінок сформованих виробів 

     Процес формування оцінюється коефіцієнтом витяжки або ступінню витяжки.

     Досить точні методи розрахунку зтоншення листово'ї заготівки при формуванні розроблені лише для простих виробів i не торкають глибоко фізичних властивостей термопластів, що переробляються. Це в основному випадку виготовлення виробів з осевою симетрією методом контактного формування та методом вільного видування сферичних та напівсферичних оболонок.

     Розрахунок зтоншення листової заготівки при негативному формуванні виробів - одноразового стаканчика - робимо по наступнш формул!: 

       

Де - товщина виробу в поперечному розтині, проведениям на відстані 1 площини більшого основанія усеченного конусу, що вимірюється уздовж утворюючої, f, m - геометричні коефіціенти форми: 

 

Де   - кут нахилу утворюючої до площини основи,      

 
 

- коефіцієнт утяжки, що характеризує утяжку матеріалу із-під зажимного устрою,

- коефіцієнт, що характеризуе стцпінь охолодження формуеємого листа після його контакту зi стінками матраці, 

R,мм, - радіус більшої основи усіченого конусу, 
 

м 
 

5.7 Охолодження виробів

     Охолодження виробів може здійснюватися отводом теплоти стінками форми, обдувом стислим повітрям або комбінованим способом. Час охолодження залежить від температури форми, товщини стінки виробу та темперотуропроводності матеріалу. При дуже різкому може статися коробіння виробів. Низька температура форми затруднює оформлення ребер та гострих кутів, при високій температурі форми на виробі після його вилучення можуть з'явитися гофри або складки , визвані нерівномірною усадкою листового матеріалу. При формуванш виробів з жорстких полімерів усадка може привести до розтрюкування виробів.

     Для забезпечення жорсткості виробу та виключення його деформації після вилучення з форми вважають , що температура в кінці видержки при охолодженні повинна бути не вище температури скловання для аморфних полімерів i не вище теплостійкості по Мартенсу для кристалічних полімерів.

Температуру поверхні, що охолоджуеться можна визначити за рівнянням: 
 

 

           6 ЕНЕРГЕТИЧН1РОЗРАХУНКИ 6.1 Розрахунок нагрівального устрою

         Приблизно тривалість нагрівання листової заготівки можна розрахувати, визначив тепловий потік, що випромінюється нагрівачем. В відповідності з законом Стефана-Больцмана інтенсивність випромінювання