Совершенствование технологии изготовления вкладыш-пустотообразователя на основе полипропилена (стр. 7 из 9)
Содержание полипропилена во вкладыше составит:
100-2-2=96 (%), или 0,056*1000*0,96=53,76 (кг).
Содержание красителя и антистатика во вкладыше составит:
(56,0-53,76) /2=1,12 (кг).
Материальный баланс полипропиленовой смеси представлен в таблице 9.
Таблица 9
| Наименование материала | Приход | Расход | Потери | |
| 1. Хранение и транспортировка, кг:гранулы | 55,7376 | 55,4592 | 0,2784 | |
| итого | 55,7376 | 55,7376 | ||
| 2. Литье изделий, кг:гранулыизмельченные литникиизделия с литниками | 55,45922,141 | 55,912 | 1,6876 | |
| итого | 57,6 | 57,6 | ||
| 3. Отделения литников, кг:изделия с литникамиготовые изделия | 55,912 | 53,76 | 2,1523 | |
| итого | 55,912 | 55,912 | ||
| 4. Дробление литников, кг:литникиизмельченные литники | 2,15 | 2,14 | 0,01 | |
| итого | 2,15 | 2,15 | ||
| 5. Гранулирование измельченных литников, кг:дробленые отходыгранулы | 2,15 | 2,098 | 0,053 | |
| итого | 2,15 | 2,15 | ||
| Всего | 60 | 60 | ||
Удельный расход смеси на 1 тонну готового продукта:
(1000*60) /56 = 1071 кг/т.
Удельный расход чистого полипропилена:
1071*0,96=1028 кг/т, где
0,96 -массовая доля пропилена в изделии.
Материальный баланс красителя представлен в таблице 10
Таблица 10
| Наименование материала | Приход | Расход | Потери |
| 1. Хранение и транспортировка, кг:гранулы | 1,16 | 1,1554 | 0,0058 |
| итого | 1,16 | 1,16 | |
| 2. Литье изделий, кг:гранулыизмельченные литникиизделия с литниками | 1,15540,0446 | 1,16484 | 0,03516 |
| итого | 1,2 | 1,2 | |
| 3. Отделения литников, кг:изделия с литникамиготовые изделиялитники | 1,16484 | 1,20,0448 | 0 |
| итого | 1,16484 | 1,16484 | |
| 4. Дробление литников, кг:литникиизмельченные литники | 0,04484 | 0,0446 | 0,00024 |
| итого | 0,04484 | 0,04484 | |
| 5. Гранулирование измельченных литников, кг:дробленые отходыгранулы | 0,04484 | 0,0437 | 0,00112 |
| итого | 0,04484 | 0,04484 | |
Удельный расход красителя:
1071*2%=21,4 кг/т, где
2% -доля красителя в изделии.
Материальный баланс антистатика аналогичен красителя, т.к антистатик вводится в пропилен в том же количестве, что и краситель. Удельный расход антистатика равен удельному расходу красителя, что составляет 21,4 кг/т продукта. [25].
2.2 Расчет производительности основного и вспомогательного оборудования
2.2.1 Расчет производительности термопластавтомата:
Q=3600*m*n/ τц = 3600*0,056*6/ (17+47) = 18,9 кг/ч, где
m- масса изделия;
n- число гнезд в форме;
τц - время цикла, с [23].
2.2.2 Объем отливки при оптимальной гнездности:
Q0 = n0QuR1 β1 = 6*61,8*1,02*0,65 = 245,84 см3,Qu≤QH
245,84 см3 ≤ 450…570 см3, где
Q0 - объем отливки, см3.
QH- номинальный объем впрыска, см3 [26].
Qu- объем одного изделия, см3.
Qu = m/ρ = 0,056/905 = 0,0000618 м3 = 61,8 см3.
β1 - коэффициент использования машины, для кристаллических полимеров β1 - коэффициент использования машины, для кристаллических полимеров.
R1 - коэффициент, учитывающий объем литниковой системы в расчете на на объем одного изделия, при объеме изделия 50-250 см3, R1=1,02 [27].
2.2.3 Расчет числа ТПА
Мощность предприятия составляет 594000 шт. /год, тогда число ТПА равно:
594000/0,056 = 10607143 шт/год
594000/ (365-117) = 2395 шт/сут, где
594000 - годовая производительность вкладышей, шт/год;
365 - число суток в году;
117 - число выходных и праздничных дней в году.
При односменной рабочей неделе, восьмичасовом рабочем дне и двумя выходными, производительность в час будет равна:
2395/8 = 300 шт/час*0,056кг/шт = 16,8 кг/час
Если производительность одного ТПА составляет 18,9 кг/час, то число ТПА равно:
16,8/18,9 =0,8
1 штПринимаем количество ТПА равным 1.
2.3 Расчет и выбор основного оборудования, необходимого для выполнения данной производительности
2.3.1 Расчет оптимальной гнездности:
n0 = (A0τoxл) /3,6 guR1 = (101,25*0,0125) /3,6*0,056*1,02=6,15, где
A0 - требуемая пластикационная производительность, кг/ч
A0 = Aнβ2 = 135*0,75 = 101,25 кг/ч, где
Aн - номинальная пластикационная производительность, кг/ч 135 [23].
β2 - коэффициент, учитывающий отношение пластикационной производительности по данному материалу и значению ее по полистиролу, для полипропилена β2 = 0,75 [27].
τoxл - время охлаждения изделия, г [23].
gu- масса изделия, кг [23].
R1 - коэффициент, учитывающий объем литниковой системы в расчете на на объем одного изделия, при объеме изделия 50-250 см3, R1=1,02 [27].
2.3.2 Расчет требуемого усилия смыкания:
Р0 = 0,1gFпрn0R2R3 = 0,1*32*106*0,08*6*1,1*1,25 = 2112000 H = 2112kH,
где
g- давление пластмассы в оформляющем гнезде, МПа [27].
Fпр - площадь проекции изделия на плоскость разъема формы (без учета площади сечения отверстий), см2 [28].
R2 - коэффициент, учитывающий площадь литниковой системы в плите, примем R2=1,1 [27].
R3 коэффициент, учитывающий использование максимальное усилие смыкания плит на 80-90%, примем R3 = 1,25 [27].
Требуемое усилие смыкания должно удовлетворять условию:
Р0 ≤ Рнт
2112 кН ≤ 2451,7 кН, где
Рнт - номинальное усилие смыкания плит термопласта, кН [27].
2.3.3 Расчет гнездности, обусловленной объемом впрыска термопластавтомата
nQ= (β1QH) / QuR1 = 0,65*570/61,8*1,02 = 5,8, где
β1 - коэффициент использования машины, для кристаллических полимеров
β1 = 0,6…0,7, примем β1 = 0,65 [27].
QH- номинальный объем впрыска, см3.
Qu- объем одного изделия, см3.
Qu = m/ρ = 0,056/905 = 0,0000618 м3 = 61,8 см3.
2.3.4 Расчет гнездности, обусловленной усилием смыкания плит ТПА
nр = (10Рнт) / gFпрR2R3 = (10*2500*103) 32*106*0,08*1,1*1,25 = 7,1
Для определения гнездности из расчетных значений n0, nQ, nр принимают наименьшее:
nн = min [5,8; 7,1; 6,15] = 5,8 ≈ 6.
Примем гнездность литьевой формы равную 6.
2.3.5 Расчет литниковой системы:
dp = 0,2√ (V/π τ υ) = 0,2*√510/3,14*20*550 = 0,02 см, где
dp- расчетный диаметр центрального литникового канала.
V- объем впрыска, см3 [28].
υ- средняя скорость течения расплава материала в литниковой втулке, см/с, примем равную 550 см/с.
τ - продолжительность впрыска, с.
Длина центрального литника принимается l
(5-9) d, l=8*0,02=0,16 см [29].2.4 Расчет энергетических затрат на технологические нужды
2.4 1 Тепловой расчет бункера с сушкой материала в токе горячего воздуха
Расход тепла на подогрев материала:
(135*1,93* (100-20)) /3600 = 5,79 кВт, где
135 - пластикационная производительность ТПА, кг/ч; 1,93 - теплоемкость материала, кДж/кг 0С; 100 - температура конечная, 0С; 20 - начальная температура, 0С. Расход тепла с учетом потерь 20%:
5,79*1,2 = 6,95 кВт.
Удельный расход тепла: 6,95/16,8 = 0,414 кВт*ч/кг
2.4.2 Тепловой расчет ТПА
Мощность нагревателя определяется по уравнению:
Nнагр = Nц+ Nпот+ Nохл - Nмех, где
Nц - мощность для нагревания полимера в цилиндре, Вт; Nпот - тепловые потери с поверхности цилиндра, Вт; Nохл - мощность на нагрев охлаждающей воды в червяке и в цилиндре, Вт; Nмех - тепловыделение за счет механической работы червяка, Вт.
Nмех = 3,2*10-4 Q Cn (T2-T1) = 3,2*10-4 18,9*7,1* (260-220) = 0,00045 Вт,
где
Q- пластикационная производительность ТПА, кг/ч;
Cn- удельная теплоемкость полимера, кДж/кг 0С;
T1,T2 - температура полимера в зоне загрузки и в зоне дозирования соответственно, 0С [17,24,25].
Nц = Q Cn (T2-T1) 1/3600 = 135*7,1* (260-220) *1/3600 = 10,65 Вт, где
Q- пластикационная производительность ТПА, кг/ч; [26].
Nпот = F
= (9,74+0,07*25) 25*0,0145 = 4,165 Вт, гдеF- площадь наружной поверхности цилиндра, м2;
- разность температур наружной поверхности теплоизоляции цилиндра и окружающего воздуха, К [24]. 
- коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием, Вт/м2К, = 9,74+0,07 .Nохл =
= 0,0694*4180* (20-15) = 1,45 кВт, где 
расход охлаждающей воды; 
теплоемкость воды, кДж/кг 0С; 
разность температур между конечной и начальной температурой охлаждающей воды, К [20].Nнагр = 10,65+1,45+4,165-0,00045 = 1464,8 Вт =1,5 кВт.
Расчетная мощность нагревателя не должна превышать фактической, принятой для машины: