Author: Ревяко М.М.   Касперович О.М.  

Tags: промышленность высокомолекулярных веществ   резиновая промышленность   промышленность пластмасс   основные процессы и аппараты химической технологии   машиностроение   полимеры   пластмассы   химическое производство  

ISBN: 985-434-424-Х

Year: 2005

Similar

Общесоюзные нормы технологического проектирования производств по переработки пластмасс

Сборник примеров и задач по технологии переработки полимеров

Технология производства резинотехнических изделий

Оборудование заводов по переработке пластмасс

Text 
                    Учреждение образования
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
М. М. Ревяко, О. М. Касперович
ОБОРУДОВАНИЕ И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ПЛАСТМАСС
Допущено Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для студентов специальности
«Химическая технология органических веществ, материалов
и изделий» учреждений, обеспечивающих получение
высшего образования
Минск 2005

УДК 678.057;678.5
ББК35.11
Р 32
Рецензенты:
кафедра машин и технологии обработки металлов давлением БИТУ
(зав. кафедрой проф., д-р техн, наук Л. А. Исаевич);
зам. директора Института механики и надежности машин НАНБ
д-р техн, наук Л. И. Бойко
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей
книги или ее части не может быть осуществлено без разрешения уч-
реждения образования «Белорусский государственный технологиче-
ский университет».
Ревяко, М. М.
р 32 Оборудование и основы проектирования предприятий по пе-
реработке пластмасс : учеб, пособие / М. М. Ревяко, О. М. Каспе-
рович. - Мн.: БГТУ, 2005. - 344 с.
ISBN 985-434-424-Х
Рассмотрена конструкция и принцип работы оборудования подготовитель-
ного цикла, основного оборудования и оборудования завершающего цикла пред-
приятий по переработке пластмасс. Кратко описаны теоретические основы пе-
реработки пластмасс различными методами. Приведены рекомендации по
проектированию производств по переработке пластмасс.
УДК 678.057;678.5
ББК 35.11
ISBN 985-434-424-Х
© УО «Белорусский государственный
технологический университет», 2005
© Ревяко М. М., Касперович О. М., 2005

ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время развитие науки и техники привело к тому, что
пластические массы, благодаря уникальному комплексу свойств, ста-
ли незаменимыми материалами. В связи с этим изучение методов пе-
реработки пластмасс, оборудования, необходимого для их осуществ-
ления, является одним из основных этапов в обучении и подготовке
молодых специалистов - инженеров-химиков-технологов по перера-
ботке пластмасс.
В структуре настоящего учебного пособия учтены все основные
процессы, через которые проходит материал в ходе своей переработки:
подготовительные, формующие и завершающие, а также описано обо-
рудование, необходимое для их осуществления. К тому же пособие
содержит, на наш взгляд, очень важный раздел «Основы проектирова-
ния производств по переработке пластмасс», в котором описаны мето-
дики расчета количества необходимого оборудования предприятий по
переработке пластмасс, даны основные компоновочные решения раз-
мещения оборудования в цехах, уделено внимание разработке техно-
логических схем основных методов переработки пластмасс, а кроме
того, рассмотрены вопросы составления генерального плана заводов
по переработке пластмасс.
Особенностью данного учебного пособия является то, что в нем не
только рассмотрено оборудование, необходимое для всех стадий тех-
нологического цикла переработки пластмасс (кратко описана сущность
методов, общее устройство и конструкция, дано теоретическое описа-
ние процессов, протекающих в его рабочих органами расчет отдель-
ных параметров и технологических характеристик), но и приводятся
сведения, позволяющие студенту ознакомиться с проектированием про-
изводств по переработке пластмасс. В конце пособия помещен список
литературы, рекомендуемой студентам для углубленного изучения ма-
териала.
Учебное пособие «Оборудование и основы проектирования пред-
приятий по переработке пластмасс» издается впервые и обобщает
многолетний опыт преподавания этого курса на кафедре «Техно-
логия нефтехимического синтеза и переработки полимерных мате-
риалов» Белорусского государственного технологического универ-
ситета.
2

Авторы заранее признательны коллегам за замечания и советы,
направленные на улучшение содержания пособия.
Авторы выражают признательность коллективу кафедры «Маши-
ны и технология обработки металлов давлением» БИТУ (зав. кафед-
рой профессор, доктор технических наук Л. А. Исаевич) и зам. дирек-
тора Института механики и надежности машин НАНБ доктору
технических наук Л. И. Бойко, рецензировавшим настоящее пособие и
сделавшим ряд конструктивных замечаний.

ВВЕДЕНИЕ
Оборудование для переработки пластических масс служит для пре-
образования исходного полимерного материала в изделия с заранее
заданными эксплуатационными характеристиками. Конструирова-
ние и изготовление машин и агрегатов для переработки пластмасс осу-
ществляется на предприятиях различных отраслей машиностроения.
Большинство методов переработки пластических масс предусмат-
ривает использование процессов формования изделий из полимеров,
находящихся в вязкотекучем состоянии, - литье под давлением, прес-
сование, экструзия и др. Некоторые процессы основаны на достиже-
нии материалом в момент формования высокоэластического состоя-
ния - пневмовакуумное формование. В промышленности используются
методы формования из растворов и дисперсий полимеров.
Переработка пластмасс включает в себя три основные группы про-
цессов: подготовительные, формующие и завершающие.
Процессы подготовительного цикла необходимы для улучшения
технологических свойств перерабатываемого сырья, а также для полу-
чения полуфабрикатов и заготовок, используемых в основных методах
переработки. К таким процессам относятся измельчение, гранулирова-
ние, сушка, таблетирование, предварительный подогрев.
Формующие процессы - это процессы переработки, с помощью ко-
торых осуществляется изготовление пластмассовых изделий. Можно
выделить две группы этих процессов: непрерывные (экструзия, каланд-
рование) и периодические (литье под давлением, пневмоформование
вакуумное, раздувное формование, напыление, прессование и ряд дру-
гих). Изготовление изделий из стеклопластиков осуществляется метода-
ми, разнообразными по аппаратурно-технологическому оформлению.
Технологический процесс изготовления изделий из стеклопластиков со-
стоит из следующих операций: подготовка связующего и наполнителя,
совмещение связующего и наполнителя, формование изделия.
Завершающие процессы предназначены для придания готовым
изделиям определенного внешнего вида, создания неразъемного соеди-
нения отдельных элементов пластмассового изделия. К ним относятся
процессы механической обработки изготовляемых изделий, окраши-
вание и металлизация их поверхности, сварка и склеивание отдельных
частей.
1* Ревяко М.М., Касперович О.М.
5

Каждый из методов переработки осуществляется на том или ином
оборудовании. Кроме основного оборудования в перерабатывающих
производствах используется вспомогательное типовое оборудование для
транспортировки, расфасовки, хранения и складирования.
По назначению все многообразие машин можно разделить на три
группы, соответствующие трем основным стадиям процессов. Это обо-
рудование подготовительного цикла, к которому относятся устройства
для приемки, транспортирования и хранения сырья: различного вида
дозаторы, смесительное оборудование, оборудование для измельчения
сырья и отходов. Основное формующее оборудование, к которому от-
носятся все виды машин и агрегатов, предназначенных для формова-
ния изделий, - это агрегаты на базе червячных прессов, литьевые ма-
шины, машины для термоформования листовых и пленочных заготовок,
аппараты для напыления, гидропрессы, оборудование для изготовле-
ния изделий из стеклопластиков. Завершающее оборудование - это
различные станки для механической обработки пластмассовых дета-
лей, машины для сварки, аппараты для окрашивания, нанесения печа-
ти и металлизации пластмассовых изделий.
Основное требование, предъявляемое ко всем видам оборудования, -
это обеспечение получения продукции отличного качества при высокой
производительности.

Раздел I. ОБОРУДОВАНИЕ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОГО ЦИКЛА
1.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИЕМКИ, ХРАНЕНИЯ
И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЫРЬЯ
1.1.	Оборудование складов
На предприятие сырье поступает упакованным в мешки из крафт-
бумаги или полиэтилена массой по 25 кг; эластичные контейнеры мас-
сой 200 кг; цистерны емкостью 30-50 м3. Сырье, поступающее в меш-
ках или контейнерах, растаривается непосредственно возле
перерабатывающего оборудования или на устройствах для растарива-
ния цехового склада сырья. Разгрузка цистерн производится пневмо-
транспортом с гибкими патрубками; внутрь цистерн подается сжатый
воздух под давлением 2 атм.
Основное оборудование, предназначенное для хранения сыпу-
чих ингредиентов, составляют бункера (силосы), которые в зависи-
мости от назначения подразделяются на бункера складского хране-
ния и расходные бункера систем автоматического дозирования.
Емкость и число бункеров, устанавливаемых на заводском складе,
определяется мощностью предприятия, поскольку запас сырья на
Рис. 1
складе должен обеспечивать 10-15-суточную
работу предприятия. Емкость бункера со-
ставляет от 100 м3 и более.
Бункер складского хранения (рис. 1) пред-
ставляет собой сварной цилиндр / из листо-
вого дюралюминия диаметром до 5 м и высо-
той 10-15 м. К нижней части цилиндра
приваривается коническое днище 2. Отвер-
стие в днище диаметром примерно 1 м пере-
крывается шлюзовым затвором 3, через ко-
торый материал поступает к питателю 4.
Верхняя часть цилиндра перекрывается кони-
ческой крышкой, внутри или над которой рас-
полагается циклон - отделитель 5 системы
пневмотранспорта. Контроль за уровнем на-
ходящегося в бункере сырья может произво-
7

-	литься с помощью радиационных уровнемеров
I	или по весУ с помощью тензометрических си-
лоизмерителей, определяющих нагрузку в опор-
I/ т\ / ~~ ных стойках бункера.
х. '	Угол наклона стенок днища бункера не дол-
жен превышать 20° по отношению к вертикали
во избежание сводообразования и зависания в нем
Рис- 2	сыпучего сырья.
Непосредственно под бункером устанавли-
вается разгрузочное устройство - секторный дозатор (рис. 2). Работа
секторного дозатора основана на отборе материала из бункера, уста-
новленного над питателем, с помощью ряда отсеков в роторе 2, вра-
щающемся в корпусе /. Дозируемый материал из бункера через загру-
зочный патрубок 5 поочередно заполняет отсеки ротора и после
поворота его на определенный угол выгружается из отсека под дей-
ствием собственной силы тяжести.
Для выгрузки из бункера материалов, склонных к слеживаемости,
применяют аэрацию материала потоком воздуха и вибрационные уст-
ройства.
Рис. 3
В аэрационных питателях (рис. 3, а) материал воздухом под дав-
лением через распределительную заслонку 3 и перфорированное дни-
ще 2 подают в бункер /, где его частично или полностью переводят в
псевдоожиженное состояние. При этом под действием силы тяжести
материал перемещается в соответствующую точку технологического
8

процесса (или на дозирование) по наклонным перфорированным лот-
кам-трубопроводам 4 (где также поддерживается в псевдоожиженном
состоянии) или трубопроводу 5 (рис. 3, б). Производительность после-
днего регулируют заслонкой 3 или стандартной арматурой.
Для уменьшения расхода воздуха и снижения его давления исполь-
зуют виброаэрационные питатели (рис. 3, б), в которых выгрузку мате-
риала облегчают сообщением колебаний от вибраторов 6 всему бунке-
ру, закрепленному на пружинящих опорах 7.
Расход рассмотренных питателей определяется площадью проход-
ного сечения, их конструктивными особенностями и размерами, пара-
метрами процесса псевдоожижения и др. При этом высота слоя мате-
риала, находящегося в бункере, влияет на изменение расхода во
времени.
Механические вибрационные устройства, так называемые «акти-
ваторы» или «побудители», можно устанавливать как снаружи бунке-
ра, так и внутри его и включать в работу только во время истечения
материала. В противном случае происходит лишь дополнительное уп-
лотнение материала. Вибраторы, создающие колебание стенок бун-
кера, предельно просты, экономичны, безопасны в работе при отно-
сительно низкой стоимости. Однако они менее эффективны, чем
вибрационные устройства, расположенные внутри материала в вы-
ходной зоне бункера.
Разгрузочное вибрационное устройство с двойным вибри-
рующим конусом (рис. 4, а) включает в себя конический прием-
ник, закрепленный на стяжках 2 через виброизоляционные проклад-
ки 3 на выходном патрубке бункера 4. Герметичность соединения
обеспечивается эластичным уплотнением 5. Приемник 1 и установ-
ленный в нем конус-рассекатель 9 приводятся в колебательное дви-
жение с амплитудой 10 мм и частотой до 500 Гц с помощью механи-
ческого или гидравлического вибратора 6. Высыпающийся из
бункера материал выгружается через разгрузочный патрубок 8 с эла-
стичным уплотнением 7. При работе вибратора приемник 1 колеб-
лется в горизонтальной плоскости. Благодаря этому материал не
зависает в выходном конусе бункера, ликвидируется его уплотне-
ние и создаются оптимальные условия для его свободного и равно-
мерного движения по поверхности конуса-рассекателя от центра к
периферии.
9

Рис. 4
Кроме аэрационных разгрузочных устройств и вибросит в некоторых
случаях применяют червячные разгрузочные устройства (рис. 4, б). При
вращении червяка 1 материал, находящийся в приемном окне 2 бункера 4,
захватывается его витками и перемещается к разгрузочному патрубку 3.
Для регулирования и стабилизации производительности перед разгрузоч-
ным патрубком располагают цилиндрический участок длиной не менее
одного диаметра червяка.
Зазор 5 между желобом и кромкой витков является важным кон-
структивным параметром, влияющим на работу шнека. Величина д
должна компенсировать возможные неточности сборки и прогиб шне-
ка во избежание соприкосновения металлических поверхностей. Важ-
но также предотвратить защемление частиц, так как это может вы-
зывать возникновение больших контактных давлений и моментов
сопротивления.
Характер заполнения горизонтальных шнеков и перемещение в них
сыпучего материала под уплотняющим воздействием материала, нахо-
дящегося в бункере, определяются следующим: достигается такое уп-
лотнение материала, при котором сдвиг в материале, захваченном шне-
ком, прекращается, и материал перемещается как твердая пробка,
разрушающаяся на выходном участке. Основываясь на таком механизме
перемещения и допуская, что силы тяжести малы, а также, что частица
под действием винтовой поверхности шнека перемещается в направле-
нии, соответствующем углу трения на этой поверхности, независимо от
нормальной загрузки, производительность за один оборот рассмат-
риваемого питателя рассчитаем по формуле
10

е,=2лХ(1-^)
1+£2 cos(9 + <t>z)
2 собФ/
sin 9,
где
здесь /?- внешний радиус цилиндрической поверхности нарезки шне-
ка, мм;
t - шаг винтовой нарезки, мм;
Ф - угол трения материала о поверхность шнека, град;
0 - угол подъема винтовой нарезки на среднем радиусе витка, град
Трение в зазоре между материалом и кромкой витка червяка и между
материалом и желобом проявляется по-разному. При гладкой цилинд-
рической поверхности желоба материал скользит по ней; при этом эф-
фективная площадь сечения транспортируемого материала увеличива-
ется, и производительность несколько возрастает. Шероховатая
поверхность и большой зазор приводят к сдвигу материала по цилинд-
рической поверхности радиусом /?в. При этом на стенке желоба обра-
зуется слой практически неподвижного материала.
1.2. Пневматические системы транспортировки гранулирован-
ных материалов
С помощью пневматических транспортирующих устройств, исполь-
зующих для перемещения материала поток газа (обычно воздуха), воз-
можно выполнение всех операций по транспортировке и питанию, на-
чиная с загрузочных операций и кончая упаковкой. Такие устройства
допускают транспортировку в любом направлении, создают малые по-
тери транспортируемого материала и достаточно компактны/При ком-
пактном приводе они удобны в обслуживании и легко автоматизируют-
ся. Этим объясняется все большее применение таких систем при
11

транспортировке порошков, гранул, крошки. Емкость пневмотранспор-
тных систем не лимитируется, а производительность может достигать
значений от 50 до 50 000 кг/ч.
Различают следующие типы пневмотранспортных систем: пневма-
тические, вакуумные, пневмовакуумные и закрытой циркуляции.
Вакуумные транспортирующие устройства (рис. 5, а), в которых
материал перемещается потоком воздуха за счет создания вакуума в кон-
це линии, наиболее часто применяют для подачи материалов (одного или
нескольких) из нескольких точек хранения в одну точку потребления.
В таких системах вследствие создания вакуума в трубопроводе 4 мате-
риал при поступлении из бункеров 1 через ротационные питатели 5 ув-
лекается потоком воздуха и перемещается по трубопроводу. Над прием-
ной емкостью 6 установлен циклон 5, в котором транспортируемый
материал отделяется от воздуха. Под действием собственной силы тяже-
сти материал поступает в приемную емкость, а воздух после дополни-
тельной очистки во втором циклоне 7 (или мешочном фильтре) прохо-
дит через устройство 5, создающее вакуум, и выбрасывается в атмосферу.
Транспортируемый материал, собирающийся во втором циклоне, также
подается в приемную емкость. Воздух вводится в систему через фильтр 2
для очистки от пыли и возможных загрязнений.
Рис. 5
12

Вакуумные транспортирующие системы отличаются малыми по-
терями материала, отсутствием запыленности и относительно низкой
стоимостью вакуумного оборудования. Необходимое оборудование в
точке потребления, как правило, удобно скомпановано, что обеспечи-
вает достаточно легкую и быструю очистку системы при смене мате-
риала. В этой системе довольно просто достигается смешение и про-
порциональная транспортировка нескольких материалов в очень
широком интервале изменения состава смеси, вплоть до 1:100.
При расстояниях транспортировки до 300 м и высоте подъема до
10 м вакуумные транспортирующие системы обеспечивают произво-
дительность от 250 до 7500 кг/ч.
Пневматические системы (рис. 5, б), транспортирующие сыпу-
чий материал потоком воздуха за счет создания более высокого давле-
ния в заборной части системы, весьма эффективны при транспорти-
ровке материалов из одной точки питания к нескольким точкам
потребления. В пневмотранспортных системах воздух нагнетается ком-
прессором / через фильтр 2 в транспортирующую трубу 5, куда из пи-
тающего бункера 4 через питатель 3 подается транспортируемый мате-
риал. Поток воздуха с перемещаемым материалом по достижении точки
потребления поступает в циклон <5, где материал отделяется от воздуха.
Материал перемещается в бункер 8 приемного устройства, на котором
размещен циклон, а воздух после дополнительной очистки на втором
циклоне 7 (или в мешочном фильтре) выводится в атмосферу. Как и в
вакуумных устройствах, материал из второго циклона также поступает
в приемный бункер.
Для загрузки пневматических систем и транспортировки можно при-
менять ротационные питатели с воздушным затвором, шнековые питате-
ли или выполнять непосредственную загрузку из резервуаров с примене-
нием продувки воздухом. Для разгрузки обычно используют циклоны, на
которых при необходимости можно устанавливать воздушные заслонки.
При транспортировке гранулированных материалов (если отсутствует
пыление) их можно выгружать непосредственно в приемный бункер.
К преимуществам описанного метода перемещения материалов
можно отнести экономичность, так как небольшим количеством воз-
духа можно транспортировать достаточно большие объемы материа-
ла, возможность эффективного смешения материалов в процессе транс-
портировки и применения воздуха при перепаде давления по длине
трубопровода более 40 кПа.
и

Существующие конструкции пневматических систем позволяют с
помощью одного источника сжатого воздуха доставлять материал в
18 точек потребления.
Пневмовакуумные транспортирующие системы (рис. 5, в) пред-
ставляют собой комбинацию рассмотренных систем, отличаются гиб-
костью применения и универсальностью и совмещают преимущества
как вакуумной, так и пневматической систем. При этом вакуумная ма-
гистраль 1 предназначена для подачи материалов в стационарные и
промежуточные хранилища, а пневматическая линия 2 - для их пере-
мещения от промежуточных хранилищ в точки потребления. Обычно
такие системы используют для перемещения сыпучих материалов от
средств доставки, например железнодорожных цистерн и вагонов. Про-
изводительность этих систем, как правило, превышает 8 т/ч.
Пневмотранспортные системы с закрытой циркуляцией, в которых
воздух из циклонов, приемных устройств подается на вход компрессо-
ра, используют в случае создания инертной среды, при необходимости
поддержания минимальной влажности продукта или полного предох-
ранения транспортируемого материала от загрязнений, а также в слу-
чаях, когда перемещаемый материал не полностью отделяется от воз-
духа в приемном устройстве.
Производительность пневмотранспортных систем сильно зависит
от расстояния транспортировки, что объясняется значительными поте-
рями давления в трубопроводах на трение перемещаемой массы о стен-
ки транспортирующей трубы.
Движение гранулированных материалов в системах пневмотранспор-
та основано на эффекте псевдоожижения. Пропускание воздушного по-
тока через слой сыпучего материала вызывает уменьшение его насып-
ной плотности и приводит его частицы в хаотическое движение. Когда
скорость воздушного потока достигает критического значения (скорость
витания), сыпучий материал переходит в псевдоожиженное состояние и
может транспортироваться по трубам. Скорость начала псевдоожиже-
ния зависит от размеров частиц, их плотности, плотности и вязкости газа
и др. Скорость витания Пв можно определить по зависимости
ReBv
d ’
где Ree - число Рейнольдса для скорости витания;
v - кинематическая вязкость воздуха, м2/с;
d-средний диаметр частицы, мм.
14

Загрузка транспортирующего потока транспортируемым материа-
лом характеризуется величиной коэффициента взвеси пт.
G
m~ G ’
г
где G - расход твердого материала, кг/ч;
G - расход газовой фазы, м3/ч.
С другой стороны, величина этого коэффициента определяется со-
отношением
Ро ’
где о - объемная концентрация транспортируемого материала, м3/с;
р - плотность твердого материала, кг/м3;
р()- плотность потока воздуха, кг/м2-с.
где рк - кажущаяся плотность транспортируемого материала.
Для определения объемной концентрации используют выражение

/	\0,1
1-0,4 Аг027 —
<4 )
^0’
где Аг - критерий Архимеда;
в - скорость воздушного потока в трубе, м3/с;
о0- начальная объемная концентрация:
о = р^
р ’
где р, - насыпная плотность материала, г/см3.
Массовый расход воздуха
tiD2
GB=Po—Ч
где р0- плотность воздуха, кг/м3;
D - диаметр трубопровода, м;
в - скорость воздушного потока в трубе диаметром D, м/с.
Массовый расход транспортируемого материала, кг/с
G = пю.
15

1.3. Устройства для питания и дозирования сыпучих материалов
Механизмы для дозирования сыпучих материалов подразделяются
на дозаторы для крупнокусковых, крупно- и мелкозернистых, а также
порошкообразных материалов. По характеру действия дозаторы под-
разделяют на устройства непрерывного действия (поточные) и цикли-
ческого действия (порционные). Регулирование производительности
дозаторов может осуществляться изменением объема дозатора, изме-
нением скорости или сечения потока подаваемого материала, причем
регулирование может быть как дистанционным, централизованным, так
и с индивидуального пульта управления вручную.
Дозаторы непрерывного действия состоят из механизмов, обеспе-
чивающих перемещение материала; первичных датчиков, контролиру-
ющих расход и преобразующих измеряемую величину в управляющий
сигнал; аппаратуры, выдающей закон управления; исполнительных
механизмов; контрольно-измерительных и регистрирующих приборов,
а также вспомогательных конструктивных элементов.
По принципу дозирования различают объемные и весовые дозаторы.
Выбор конструкции дозатора для конкретного технологического про-
цесса определяется физическими свойствами дозируемого материала,
производительностью процесса и требованиями к точности дозирова-
ния. Из физических свойств дозируемого материала наибольшее зна-
чение имеют: плотность, однородность гранулометрического состава,
склонность к слеживанию и уплотнению.
По конструкции дозаторы непрерывного действия подразделяют
на секторные, лотковые, тарельчатые, вибрационные и червячные (шне-
ковые). Наиболее широкое распространение в подготовительных про-
изводствах нашли секторные (объемные) дозаторы.
Секторные дозаторы, или секционные питатели (рис. 6), можно
применять для дозирования высокосыпучих порошкообразных и мел-
козернистых материалов, а также кусковых материалов с размером ча-
стиц до 30 мм.
Принцип работы секционных питателей основан на отборе мате-
риала из бункера, установленного над питателем, с помощью ряда от-
секов в роторе 2, вращающемся в корпусе 1. Дозируемый материал из
бункера через загрузочный патрубок 3 поочередно заполняет отсеки
ротора и после поворота его на определенный угол выгружается из от-
сека под действием собственной силы тяжести.
16

Корпус секционных питателей выполняют цилиндрическим с верти-
кальной (для лопастных) или горизонтальной (для барабанных и сектор-
ных) осью вращения. Число отсеков в роторе может быть различным: так,
в барабанных питателях имеется один отсек (рис 6, а). Увеличение числа
отсеков уменьшает пульсацию потока дозируемого материала, но услож-
няет конструкцию, особенно для секторных питателей с регулируемым
объемом отсека (рис. 6, в).
Производительность секторных питателей Q (м3/ч) можно опреде-
лить по формуле
Q = 60Vmnr\,
где И- объем каждого отсека, м3;
т - число отсеков;
п - частота вращения ротора, об/мин;
Г| - коэффициент заполнения отсека материалом (г| = 0,8-0,9).
Производительность можно регулировать только за счет измене-
ния частоты вращения ротора или объема отсеков. В обоих случаях
диапазон регулирования небольшой. Так, регулирование изменением
частоты вращения ограничено, поскольку при больших скоростях от-
сек заполняется неполностью и производительность уменьшается, не-
смотря на увеличение частоты вращения ротора.
Объем отсеков можно изменять различными способами. В сектор-
ном питателе, показанном на рис. 6, в, регулирование объема достигает-
ся поворотом лопастей, закрепленных на каждой перегородке ротора.
Отверстие А (рис. 6, б), соединяющее внутреннюю полость ро-
тора с атмосферой, служит для сброса избыточного давления. Ши-
2 Ревяко М.М., Касперович О.М.
17

бер с пневмоцилиндром служит для перекрытия доступа материала к
дозатору.
К преимуществам этих дозаторов следует отнести низкую стоимость
и простоту в эксплуатации. Основным их недостатком по сравнению с
весовыми дозаторами является меньшая точность дозирования.
В лотковых дозаторах (рис. 7) перемещение материала достига-
ется вибрацией лотка 3, закрепленного на плоских пружинах на вибра-
торе 7. С помощью вибратора создается колебание лотка под углом [3 к
направлению движения материала по лотку. Для регулирования тол-
щины слоя дозируемого материала на лотке устанавливается заслон-
ка 2 на выходе материала из бункера 7. Привод дозатора может быть
механическим, электромагнитным и магнитострикционным.
Часовая объемная производительность лоткового дозатора Q (м3/ч)
определяется по формуле
2 = 3,6-103^со£,
где 5 - площадь сечения лотка, м2;
А - амплитуда колебаний вибратора, м;
со - частота колебаний вибратора, с-1,
К - коэффициент заполнения лотка (К = 0,6-0,8; меньшее значение
соответствует порошкам, большее - гранулированным полимерам).
Производительность лотковых дозаторов регулируют изменяя тол-
щину слоя материала, амплитуду и частоту колебаний. Поскольку мас-
совая производительность в значительной степени зависит от сыпуче-
сти и насыпной плотности материала, изменяющихся на практике в
довольно широких пределах, лотковые дозаторы обычно используют в
18

тех случаях, когда к точности и воспроизводимости дозы не предъявляют
особенно высоких требований (транспортирование материалов из рас-
ходных емкостей, питание весовых дозаторов, просеивание, промывка и
сушка изделий).
К преимуществам лотковых дозаторов относятся малая инерцион-
ность, простота чистки, малое загрязнение дозируемого материала и
большой диапазон производительности (от нескольких килограммов
до нескольких сотен тонн в час). Недостатки состоят в невозможности
транспортирования липких материалов, в значительных пульсациях и
высоком уровне шума.
Тарельчатые дозаторы (рис. 8) можно применять для дозиро-
вания мелкозернистых материалов из вертикальных бункеров. Они
обеспечивают достаточно равномерное питание, точность которого
определяется в основном изменением угла естественного откоса до-
зируемого материала.
Дозирование осуществляется вращающимся диском (тарелкой) 1
(рис. 8), установленным под цилиндрическим патрубком 2 бункера.
При каждом обороте диска нож 5 срезает и сбрасывает в приемный
бункер 4 материал.
Объем сбрасываемого материала равен разности объемов усечен-
ного конуса 3, образованного высыпающимся из патрубка на диск ма-
териалом, и цилиндра высотой, равной рас-
стоянию от диска до обреза патрубка
питающего бункера, и диаметром, равным
диаметру выходного патрубка. Следова-
тельно, производительность
Q = 20nnh(d2 +dtd2-d22),
где п - частота вращения диска, об/мин;
h - высота зазора между патрубком 2 и
диском 7, м;
dx - диаметр конуса дозируемого мате-
риала на поверхности диска, м;
d2 - внутренний диаметр патрубка 2
питания, м.
Шнековые дозаторы используют для дозирования мелкозернис-
тых и порошкообразных материалов, склонных к образованию сводов
и самопроизвольному истечению. Они отличаются большой универ-
19

сальностью, пригодны для дозирования разнообразных материалов с
различным гранулометрическим составом и сыпучестью.
Такие дозаторы могут быть одно- или двухшнековыми. Последние
применяют для дозирования материалов, склонных к налипанию на на-
резку шнека, поскольку в двухшнековых дозаторах достигается взаим-
ная самоочистка шнеков, находящихся в зацеплении. Одношнековые
дозаторы могут иметь сплошную нарезку шнека или прерывистую -
лопастные шнеки, причем лопасти могут быть с плоской, наклонной
или винтовой поверхностями.
Одношнековый дозатор (рис. 9, а) состоит из корпуса 7, внутри
которого в опорах вращается шнек 2; на корпусе имеются загрузочный
4 и разгрузочный 6 патрубки. При вращении шнека дозируемый мате-
риал поступает в загрузочное окно и перемещается шнеком вдоль его
оси. Для устранения попадания дозируемого материала в опорные узлы
на шнеке выполняют отбойную нарезку 3 и 5 длиной 1-1,5 витка вбли-
зи загрузочного и разгрузочного патрубков. Червяки одночервячных
дозаторов могут иметь как сплошную, так и прерывистую нарезку. Шаг
винтовой нарезки обычно составляет (0,5-0,8)7).
Во избежание самопроизвольного истечения материала из дозато-
ра иногда выходную часть шнека изготовляют с меньшим шагом.
Объемную производительность одночервячного дозатора Q мож-
но определить по формуле
е = 0,8(£)2-б/2)(/-с)фй,
20

а производительность двухшнековых дозаторов
ir + 2arctg%
Q - фЛо--------—
где D - наружный диаметр шнека, м;
d - диаметр сердечника шнека, м;
t - шаг нарезки, м;
с - толщина витка, м;
ф - коэффициент заполнения (0,2-0,33);
со - угловая скорость шнека, рад/с;
п - частота вращения шнека (40-120), об/с.
2.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
2.1.	Основные виды измельчения
В технологических процессах подготовительных производств из-
мельчение твердых тел применяют для разнообразных материалов и
выполняют на разном оборудовании. Можно выделить две группы ма-
териалов, подвергаемых измельчению:
1)	полимерные материалы - для их использования в специальных
технологических процессах (напыление, нанесение покрытий) или для
их повторного использования (дробление отходов);
2)	исходные компоненты композиционных материалов (наполни-
тели, красители, твердые реагенты и др.).
По физическому состоянию измельчаемые материалы охватывают
область от хрупких до высокоэластических. Выбирая метод измельче-
ния, руководствуются разрушающим напряжением при сжатии. По это-
му показателю измельчаемые материалы делятся на три класса: с низ-
кой (до 10 МПа), средней (от 10 до 50 МПа) и высокой (более 50 МПа)
механической прочностью.
При начальном размере частиц исходных материалов от несколь-
ких миллиметров (гранулированные полимеры) до нескольких сотен и
более миллиметров (отходы пневмовакуумного формования, трубных
производств) в процессах измельчения требуется получение частиц с
конечными размерами от нескольких микрометров до нескольких мил-
лиметров.
2* Ревяко М.М., Касперович О.М.
21

В зависимости от размеров частиц исходного материала и готового
продукта процессы измельчения подразделяются на пять групп (табл. I).
Таблица 1
Измельчение	Исходные размеры частиц (кусков), мм	Конечные размеры частиц (кусков), мм
Крупное	150-1500	25-250
Среднее	25-160	5-20
Мелкое	5-25	1-5
Тонкое	1-5	0,05-1
Коллоидное	0,1-0,2	Ю-4
В технологии переработки пластмасс встречаются все перечислен-
ные группы. Крупное измельчение, как правило, связано с дроблением
крупногабаритных отходов производства изделий методом термофор-
мования, коллоидное - с получением порошкообразных полимеров, а
также с подготовкой пигментов и красителей.
2.2.	Режущие устройства для измельчения полимеров
Процессы измельчения полимеров и композиций на их основе ме-
тодом резки нашли широкое применение как в подготовительных про-
изводствах, так и в производстве гранулированных продуктов - резка
расплава на экструзионной решетке, резка охлажденного прутка.
В подготовительных производствах используют режущие устрой-
ства как поступательного (типа гильотины для резки первоначально
прессованных или связанных материалов, а также массивных загото-
вок, листов и пленок перед их последующим измельчением), так и вра-
щательного движения - ножевые дробилки.
Процессы разрушения за счет сдвига (среза) включают несколько
последовательных стадий развития упругой деформации, которая сме-
няется пластической с последующим распространением среза, сопро-
вождающимся изгибом и разрывом материала; последнее завершается
разрушением. Отсутствие необходимых теоретических разработок и
экспериментальных данных о развитии контактных напряжений и ха-
рактере разрушения полимерных материалов при различных скоро-
стях среза позволяет обоснованно проводить расчеты производитель-
ности и потребляемой мощности.
22

С технологической точки зрения, резку можно начинать в одной точ-
ке, а затем распространять на всю ширину или выполнять одновремен-
но по всей ширине, что требует увеличения мощности привода и более
частой, вследствие большего износа, замены ножей. Первый из этих спо-
собов резки позволяет уменьшить мощность привода, шум и количе-
ство пылеобразных отходов, создает более «мягкие» условия работы,
что увеличивает срок службы ножей.
Для повторного использования отходы процессов переработки по-
лимеров в изделия (литники, облой, отходы пленки, а также отбрако-
ванные изделия) предварительно подвергают измельчению, которое
выполняют обычно на ножевых дробилках. Измельченный полимер
используют либо в чистом виде, либо после смешения с исходным ма-
териалом. Смешение можно выполнять как в индивидуальных смеси-
телях, так и централизованно с использованием пневмотранспортных
систем «дробилка-смеситель-загрузочное устройство» перерабаты-
вающего оборудования.
Централизованное измельчение отходов эффективно в условиях,
когда используют материал с ограниченным набором цветов, на пред-
приятиях с централизованными распределительными системами и сме-
шением, а также при дроблении массивных отходов.
Выбор дробилки определяется требуемой производительностью, а
также максимальными размерами и массой отходов, от чего зависят раз-
меры загрузочного устройства, а в ряде случаев (переработка отходов
труб, пленки) и его конструкции, а кроме того, мощность привода. Как
правило, это - крупногабаритные установки, размещаемые в специаль-
ных помещениях.
Измельчение отходов непосредственно возле машины по переработке
полимеров выполняет сам оператор, благодаря чему уменьшается по
сравнению с централизованным измельчением количество обслужива-
ющего персонала. При этом для отходов не нужны дополнительные пло-
щади и средства их транспортировки. Они легко могут быть использова-
ны для повторной переработки, при пневматической загрузке подачу
отходов легко автоматизировать. Кроме того, отпадает опасность сме-
шения материалов разных цветов, возможность загрязнения полимера
сводится к минимуму. При выборе дробилок такого назначения учиты-
вают в основном размеры измельчаемых кусков и максимальную тол-
щину стенки. Стоимость таких дробилок примерно в 10 раз ниже сто-
имости дробилок централизованного измельчения.
23

Производительность ножевых дробилок от 15 до 500 кг/ч при устано-
вочной мощности привода от 0,8 до 50 кВт. Измельчаемый материал заг-
ружается через бункер в корпус дробилки и находится в нем до тех
пор, пока ножи не измельчат его до частиц нужного размера (ячейка сет-
ки на выходе).
Форма и размер загрузочного бункера определяются характером и
размерами подлежащего измельчению материала. Обычно загрузку
производят сверху, в редких случаях - по касательной к окружности
вращения ножей. Питание дробилки может осуществляться вручную
или автоматически. Из механических устройств применяют шнековые,
роликовые питатели и др.
Рис. 10
На рис. 10 показано устройство ножевой дробилки со шнековым
питателем. Измельчаемый материал загружается в бункер /, оттуда
шнеком 2, расположенным в корпусе 3, подается в приемную камеру 4
ножевой дробилки. Материал измельчается в основном за счет среза
ножами: неподвижными б, закрепленными в корпусе 4, и подвижны-
ми 7, установленными на вращающемся роторе 5. Измельченный до
требуемого размера материал проходит через сито 8, установленное в
нижней части дробилки, и через выводной патрубок 9 выгружается из
дробилки в приемную емкость или с помощью шнековых питателей и
пневмотранспорта подается на переработку.
24

Форма и размеры загрузочного бункера определяются характером
загружаемого материала. Обычно загрузку выполняют сверху, в ред-
ких случаях - тангенциально к окружности вращения ножей.
Объем приемного бункера выбирают обычно достаточно большим, что-
бы при периодической загрузке была обеспечена непрерывная работа дро-
билки. Для отходов трубных производств используют наклонные бункера,
рассчитанные на прием длинных заготовок. Для уменьшения выброса из-
мельчаемого материала из загрузочного бункера, особенно при измельче-
нии пенополистирола и отходов процесса раздувного формования, приме-
няютупругие шторки или металлические дверцы, иногда бункер изготовляют
с изменением направления перемещения измельчаемого материала на 90°.
Конструкции ротора и подвижных ножей в наибольшей степени вли-
яют на качество измельчения, производительность дробилки и потребляе-
мую мощность. Как правило, ротор соединяется с приводным электро-
двигателем либо непосредственно, либо через клиноременную передачу;
частота вращения вала ротора составляет от 600 до 800 об/мин.
В зависимости от условий работы ротор можно изготовлять откры-
тым или закрытым. При «легких» условиях работы (измельчение отхо-
дов пленки, полых изделий) используют ротор составной конструкции в
виде рамы, на которой закреплены ножи. При измельчении материалов
высокой плотности ротор выполняет функцию маховика, поэтому его
делают массивным, иногда литым. Для особо тяжелых условий работы,
при измельчении массивных плотных отходов, ротор выполняют в виде
фрезы, ножи снабжают дополнительными режущими поверхностями.
Число ножей, их форму и расположение выбирают таким образом,
чтобы в каждый момент времени только один подвижный нож участво-
вал в разрезании материала при его контакте с неподвижным ножом.
При измельчении мягких и пластичных материалов ножи устанавлива-
ют таким образом, чтобы разрушение происходило за счет среза; для
хрупких материалов предпочтительно разрушение от удара. Ножи рас-
полагают таким образом, чтобы динамические нагрузки воспринима-
лись ротором, а не устройствами крепления ножей к ротору.
Профиль ножей определяется характеристикой измельчаемого ма-
териала. Учитывая достаточно быстрый износ рабочих кромок ножей,
их изготовляют с несколькими лезвиями (до четырех режущих кромок)
и по мере износа переставляют. В конструкциях дробилок предусматри-
вают также быструю замену ножей. Число подвижных ножей обычно
составляет от 2 до 4, однако есть конструкции с 27 подвижными ножа-
ми; число неподвижных ножей обычно равно 2, но может достигать 12.
25

Измельченный материал выгружается из дробилки через сетку, рас-
положенную в нижней части измельчительной камеры и занимающую
35-50% ее цилиндрической поверхности. Размеры отверстий-от 1 до
15 мм, в зависимости от размеров дробилки.
К дополнительным устройствам, которыми снабжают ножевые дробил-
ки, относятся.магнитные ловушки, устройства для снятия статического элек-
тричества и системы блокировки, делающие невозможным доступ к враща-
ющемуся ротору. В больших дробилках предусматривается закрытие камеры
с помощью гидроцилиндров и водяное охлаждение камеры и ротора.
Значительным недостатком ротационных дробилок является очень
высокий уровень шума - до 115 дБ. Основные источники шума: вра-
щение частей, соударение частиц измельченного материала с корпу-
сом, ножами и между собой, также наличие турбулентных воздушных
потоков. Уменьшение уровня шума и снижение его вредного влияния
на обслуживающий персонал может быть достигнуто различными спо-
собами. Централизованные дробилки устанавливают в отдельных по-
мещениях. Звукоизоляция бункера и особенно загрузочного окна по-
зволяет снизить уровень шума на 20-25 дБ; использование массивных
корпусов и пониженных частот вращения ротора - на 10-15 дБ. Кроме
того, применяют тангенциальный ввод материала.
Лишены указанных выше недостатков ножевые дробилки (рис. 11),
разработанные и изготовленные в ЗАО «Атлант» (г. Минск), так как
они имеют вращающийся вал, на котором установлены фрезы 2, а между
ними - серповидные ножи 5; неподвижные ножи 3 и отбойники 4 зак-
реплены стационарно на корпусе.
Рис. 11
26

При загрузке литников или некондиционных деталей в дробилку, сер-
повидными ножами 5 производится предварительное дробление, а
фрезами на неподвижных ножах 3 - окончательное. Величина дробле-
ной фракции зависит от высоты и ширины зубьев фрез, а также от разме-
ра отверстий на сите 6. Поверхности переточки инструмента обозначе-
ны буквой А. Блок дробления представлен на рис. 12.
Рис. 12
В корпусе дробилки закреплены болтами 3,5 подшипниковые опо-
ры 2, 4 центрального вала. Крепления мотора-редуктора 7 на валу осу-
ществляется с помощью шайбы и болтов 6. Серповидные ножи 8 зак-
реплены между фрезами 9 на центральном валу.
Дробилки различаются количеством фрез и ножей, мощностью при-
вода, размерами дробильной камеры, габаритными размерами.
Особенности дробилок роторного типа:
-	эффективное дробление при малой скорости вращения инстру-
мента-28 об/мин;
-	низкий уровень шума (менее 70 дБ) и вибраций, обусловленный
малой скоростью вращения инструмента и позволяющий эксплуатиро-
вать дробилки в непосредственной близости от термопластавтомата или
экструдера;
-	однородность дробленой фракции, небольшое содержание пыле-
видных частиц;
-	возможность подсоединения к термопластавтомату;
-	простота эксплуатации и обслуживания при компактных размерах.
Разработано несколько типоразмеров дробилок, технические характе-
ристики которых приведены в табл. 2.
27

Таблица 2
Параметры	БЗС0090М	БЗС0131	БЗС0139
Производительность, кт/ч	15-85	40-80	80-100
Фракция, мм	6x7	6x7	6x7
Количество фрез, шт	3	5	7
Скорость вращения инст- румента, об/мин	28	28	28
Установленная мощность, кВт	2,2	4	6,6
Количество электродвига- телей, шт	1	1	2
Размеры загрузочного ок- на, мм	450x250	220x620	300x800
Питающая сеть,		 380 В, 50 Гц		
Габаритные размеры, мм: длина х ширина х высота	1460х570х Х1560	1050х1035х Х1512	2050х1200х Х1640
Масса, кг	590	980	1400
Для дробления крупногабаритных деталей размерами до 1500 х
х 770 х 450 мм и толщиной стенки до 6 мм разработана автоматичес-
кая линия дробления пластмасс модели БЗЛ0045. Дробление произ-
водится в два этапа: в дробилке крупного дробления до размера фрак-
ции 40 х 50 мм и в дробилке мелкого дробления до фракции 5x5 мм.
Вторичное использование пленочных полимерных материалов по-
зволяет осуществить агломератор. Он обеспечивает утилизацию путем
переработки самого распространенного вида полимерных отходов и вто-
ричных ресурсов - пленочных отходов (в основном из полиэтилена раз-
личных типов): бракованных полотнищ, кромок, изношенной сельско-
хозяйственной пленки (оттеплиц, экранов защиты грунта, мульчирования
почвы, тентов для укрытия сенажа), мешков из-под минеральных удоб-
рений, упаковочной пленки, пакетов бытового назначения и т. п. Агрегат
обеспечивает выпуск из пленочных отходов катыше к-гранул, которые
могут служить полноценным вторичным сырьем для изготовления раз-
личных литьевых изделий, а также в качестве добавки (10-30%) в пер-
вичное гранулированное сырье при выпуске упаковочных пленок и бы-
товых мешков и пакетов.
28

Рис. 13
Агломератор (рис. 13) пред-
ставляет собой цилиндрическую
камеру 2, которая смонтирована
на станине 6. На этой же станине
смонтирован фланцевый электро-
двигатель 1. Крутящий момент от
электродвигателя на вал агломе-
ратора передается при помощи
клиноременной передачи 7. На
быстроходном валу агломератора
имеется мешалка, оснащенная но-
жами - сабельными 4 и квадрат-
ными 5. Аппарат обеспечивает
возможность агломерирования пленочных отходов, загружаемых в от-
верстие 3, с размерами частиц в широких пределах. За счет трения час-
тиц друг о друга и рабочие органы аппарата происходит саморазогрев
материала, который приводит к испарению влаги, находящейся на по-
верхности измельчаемой пленки. Удаление паров влаги осуществляется
вентилятором.
Технические характеристики агломератора приведены в табл. 3.
Таблица 3
Параметры	Численное значение
Производительность аппарата, кг/ч	30-60 при работе в технологи- ческой линии и до 160 при работе в автономном режиме
Мощность, кВт	30
Диаметр рабочей камеры, мм	580
Энергозатраты на переработку единицы продукции, кВт-ч/кг	0,19
Габаритные размеры, мм	2000x900x1700
Масса, кг	900
Для прерывания агломерации в аппарат вводится так называемая
«токовая» вода, которая вызывает резкое охлаждение пластифициро-
ванной массы полимера. Одновременно с охлаждением лепестков плен-
ки происходит их усадка, и формируется сыпучий продукт с размером
частиц неправильной формы примерно 2-8 мм.
29

2.3.	Струйные мельницы
Измельчение частиц материала в струйных мельницах происходит
при их движении в высокоскоростном газовом потоке внутри рабочей
камеры за счет истирания частиц при их соударениях друг с другом и
со стенками камеры. Такое оборудование используют для измельчения
полимеров, красителей и пигментов до частиц размером в несколько
микрометров. Предварительно материал измельчается на каком-либо
другом оборудовании до размера частиц 0,1-0,5 мм.
По конструктивным признакам струйные мельницы подразделяют
на мельницы с горизонтальной и вертикальной размольной камерой.
В струйных мельницах с горизонтальной размольной камерой (рис.
14) предварительно измельченный материал через штуцер 2 питания по-
дается в камеру / измельчения. Материал подается на периферию по
касательной к внутренней поверхности камеры. Одновременно в камеру
через штуцер 6 подачи энергоносителя, распределительное кольцо 7 и
сопло 8 поступает под давлением газ или пар. Благодаря соответствую-
щему расположению сопел внутри камеры происходит пересечение струй
и движение подхваченного ими измельчаемого материала по концентри-
ческим окружностям. Измельчение происходит за счет соударения час-
тиц, двигающихся с большой скоростью, с частицами, циркулирующи-
ми в тонком слое около стенки камеры с меньшей
Рис. 14

скоростью.
Частицы большого размера под действием
центробежных сил отбрасываются к периферии
и подвергаются дальнейшему измельчению. Ча-
стицы меньших размеров увлекаются газовым
потоком к центру камеры и после прохождения
сепаратора 3, в котором отделяются более круп-
ные частицы, собирающиеся в сборнике 4, че-
рез выводной патрубок 5 подаются на отделе-
ние тонкой фракции в мокром мешочном
фильтре или водяном скруббере.
Диаметр камеры измельчения может состав-
лять от 50 до 1000 мм. В качестве рабочего газа
чаще всего используют сжатый воздух при дав-
лении до 0,75 МПа и температуре от 50 до 500°С.
Расход сжатого воздуха при давлении 0,7 МПа
30

на 1 кг готового продукта составляет 4-12 м3. Обычно размер частиц из-
мельченного продукта не превышает 0,02 мм.
Производительность струйных мельниц с горизонтальной каме-
рой составляет от 0,25 (для лабораторных мельниц) до 3000 кг/ч. Каче-
ство измельчения, его однородность и производительность мельницы
определяются давлением и температурой газа.
3.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СМЕШЕНИЯ
Смешение - это механический процесс, целью которого является
превращение исходной системы, характеризующейся упорядоченным
распределением компонентов смеси, в систему, характеризующуюся
неупорядоченным, статистически случайным распределением. В ре-
зультате процесса смешения в смесителе происходит взаимное пере-
мещение частиц компонентов, расположенных в неоднородно внедрен-
ном состоянии.
Смешение широко применяют в различных отраслях промышлен-
ности, в том числе в производстве и при переработке пластмасс. Изве-
стно, что в подавляющем большинстве случаев чистый полимер не
обладает нужным комплексом свойств и не может использоваться для
изготовления изделий. Поэтому смешение применяют для введения в
базовый полимер пластификаторов, наполнителей, стабилизаторов,
красителей, пигментов, противостарителей, структурообразователей и
других добавок.
Процесс смешения можно осуществлять в системах твердое сыпу-
чее вещество - твердое сыпучее вещество, жидкость - жидкость, твер-
дое сыпучее вещество - жидкость.
3.1.	Классификация оборудования для смешения полимерных
материалов
Смесители, применяемые в процессе производства и переработки пла-
стических масс, отличаются большим разнообразием, что затрудняет их
классификацию. Это объясняется, с одной стороны, тем, что в начале раз-
вития рассматриваемой отрасли для смешения смол с другими компонен-
тами (наполнителями, красителями, пластификаторами и т. д.) применяли
смесительное оборудование, заимствованное из других отраслей промыш-
31

ленности. С другой стороны, смешению подвергают материалы, отличаю-
щиеся гранулометрическим составом, плотностью, физическим состояни-
ем и другими свойствами. И наконец, смешение полимерных мате-риалов
часто сопровождается теплофизическими и химическими процессами -
растворением, плавлением полимера, образованием химических связей и
диспергированием. Кроме того, смешению подвергают различные систе-
мы (твердое вещество-твердое вещество, жидкость-жидкость и жидкость
-твердое вещество). При этом часто в одном смесителе можно перемеши-
вать вещества, имеющие одинаковое или различное физическое состояние.
Применяемые в настоящее время смесители для полимерных материалов
можно классифицировать следующим образом.
1.	По конструктивному признаку:
-	барабанные смесители без перемешивающего и с перемешиваю-
щими устройствами;
-	смесители с тихоходными и быстроходными роторами;
-	смесители-пластикаторы - многочервячные и дисковые экструдеры;
- валковые смесители.
2.	По физическому состоянию исходных компонентов, загружае-
мых в смеситель:
-	порошок;
-	гранулят;
-	жидкости различной вязкости.
3.	По характеру процесса смешения:
-	периодического,
-	непрерывного действия.
4.	По частоте вращения перемешивающего устройства:
-	тихоходные,
-	быстроходные смесители.
5.	По механизму процесса смешения:
- с конвективным,
-диффузионным,
- конвективно-диффузионным смешением.
6.	По режиму работы машины:
- с турбулентным,
-ламинарным смешением.
7.	По способу воздействия на смесь:
-	гравитационные,
-	центробежные,
32

-	сдвиговые смесители.
8.	По способу смешения
-	статистические,
-	динамические смесители.
При классификации смесителей определяющим является конструк-
тивный признак, хотя на практике можно использовать каждый из вы-
шеперечисленных.
3.2.	Барабанные смесители
Барабанные смесители можно разделить на две группы: с вращаю-
щимся корпусом без перемешивающих устройств и с перемешиваю-
щими устройствами.
Процесс смешения в каждом смесителе зависит не только от его
конструктивных особенностей, но и от свойств исходных компонентов
смеси. При смешении в барабанных смесителях можно выделить сле-
дующие элементарные процессы:
-	перемещение группы смежных частиц из одного места смеси в
другое внедрением, вмятием, скольжением слоев (процесс конвектив-
ного смешения);
-	постепенное перераспределение частиц различных компонентов
через вновь образовавшуюся границу их раздела (процесс диффузион-
ного смешения);
-	сосредоточение частиц одинаковой массы в соответствующих
местах смесителя под действием гравитационных или инерционных
сил (процесс сегрегации).
При перемешивании сыпучих материалов в смесителе одновремен-
но протекают все указанные элементарные процессы, однако доля их
влияния в различные периоды смешения неодинакова.
Смесители барабанного типа представляют собой барабан, внутри ко-
торого могут быть смонтированы уст-
ройства, улучшающие смешение в
осевом направлении (горизонтальные
полости, подъемные полочки, оребре-
ние внутренней поверхности и т. д.).
Качество смеси при данной продолжи-
тельности смешения зависит от час-
тоты вращения гъ барабана (рис. 15).
3 Ревяко М.М., Каспсрович О.М.
33

При заданной частоте вращения «ббарабана частицы материала
под действием центробежных сил прижимаются к внутренней по-
верхности барабана, обрушиваются и снова вовлекаются в движе-
ние. При некоторых значениях ябсмесительное воздействие макси-
мально.
При больших значениях частоты вращения определенные слои
материала не участвуют в процессе смешения. Движение частиц про-
исходит по наклонной поверхности или по параболической траек-
тории, а также по перекрещивающимся траекториям, причем дви-
жение частиц двухмерное. Характер движения частиц зависит от
степени заполнения барабана. Путем установки специальных поло-
чек или выбора формы барабана достигается и трехмерное движе-
ние частиц.
Барабанные смесители с вращающимся корпусом (рис. 16) явля-
ются смесителями периодического действия (кроме смесителей с на-
клонной осью (рис. 16, б)).
Рис. 16
34

В смесителе горизонтального типа (рис. 16, а) вращение барабана
может осуществляться от приводных катков 7 (рис. 16, г). Различают бара-
баны с осью вращения, не совпадающей с осью барабана (рис. 16, в);
биконические (рис. 16, б); V-образные (рис. 16, е); тетраэдрические
(рис. 16, ж); с подъемными полками (рис. 16, з); с оребрением внутренней
поверхности (рис. 16, и); с коническими полками (рис. 16, к).
В барабанных смесителях могут находиться два перемешивающих
устройства (рис. 17, я); перемешивающие устройства червячного типа
(рис. 17, б); перемешивающие устройства с наклонной осью вращения
(рис. 17, в); перемешивающие устройства лопастного типа (рис. 17, г).
Барабанные смесители - тихоходные машины, так как окружная ско-
рость вращения барабана обычно не превышает 0,17-1,0 м/с. При боль-
ших окружных скоростях возникающие центробежные силы сравнимы с
силами тяжести, и движение материала прекращается. Степень заполне-
ния барабанного смесителя составляет 30-70%. При малой степени запол-
нения барабана с цилиндрическим корпусом до 10% порошкообразный
материал скользит сплошным слоем на внутренней поверхности барабана.
Частота вращения, обеспечивающая хорошее качество смешения,
определяется по зависимости:
где dr - средний диаметр частиц смешиваемых компонентов, мм;
7?тах - расстояние от оси вращения до стенки корпуса, мм.
35

Мощность привода цилиндрического горизонтального барабан-
ного смесителя И7(кВт) рассчитывается по формуле
G
И7 = j^-/?0(DSin(p,
где G - масса материала в барабане, кг;
/?0-радиус центра тяжести массы материала, заполняющей барабан, м;
со - угловая скорость вращения барабана, рад/с;
ср - угол естественного откоса перемешиваемого материала.
В ЗАО «Атлант» (г. Минск) разработан смеситель с перемешиваю-
щими устройствами для смешивания гранулированных термопластич-
ных материалов с гранулированным концентратом красителя или с дроб-
леным вторичным материалом (рис. 18).
Рис. 18
Смеситель имеет высокую производительность, обеспечивает од-
нородность смешивания, позволяет установить время смешивания на
пульте управления. Смеситель смонтирован на станине 7, корпус 2 не-
подвижный, внутри его вращается ленточная мешалка 3. Материал для
смешивания подается через люк 4, а смешанный выгружается через
люк 6 в емкость 7. Привод мешалки 5 осуществляется от электродвига-
теля через редуктор на вал мешалки. Технические характеристики сме-
сителя приведены в табл. 4.
Таблица 4
Параметры	БЗС0143
Тип	Стационарный
Объем смесителя, м3	1
36

Окончание табл. 4
Параметры	БЗС0143
Объем заполнения, \Г	0,4
Скорость вращения шнека, об/мин	24
Количество электродвигателей, шт.	1
Установленная мощность, кВт	4
Питающая сеть,	380 В, 50 Гц
Габариты, мм:	
длина	2750
ширина	1750
высота	2400
Масса, кг	1200
3.3.	Смесители с быстровращающимися роторами
В этих смесителях используется эффект псевдоожижения порош-
кообразных материалов, основанный на том, что при большой скорос-
ти движения частиц кинетическая энергия отдельных частиц оказыва-
ется больше работы, необходимой для преодоления сопротивления сил
трения и сил тяжести. Благодаря этому каждая частица приобретает
высокую подвижность, и движение ансамблей частиц оказывается по-
добным движению частиц жидкости. По этому принципу работают
смесители «УкрНИИпластмаша», фирм «Хенкель», «Паненмайер» и др.
Степень псевдоожижения сыпучих веществ с помощью вращаю-
щейся в их среде лопастной мешалки определяется главным образом
окружной скоростью лопастей, их формой, числом, размерами и их
взаимным расположением, высотой слоя материала над лопастью, фи-
зическими и технологическими свойствами материала.
Переход сыпучего материала в псевдоожиженное состояние про-
исходит через ряд промежуточных этапов, которым соответствуют раз-
личные форма свободной поверхности слоя и характер циркуляции
материала (рис. 19).
При малых окружных скоростях лопасти (v < 1 м/с) материал начи-
нает уплотняться и высота его слоя в сосуде уменьшается (рис. 19, а) по
сравнению с первоначальным уровнем /-/. Очевидно, материал утрам-
бовывается, ликвидируются воздушные зазоры и достигается более плот-
ная упаковка материала. При v = 1-2 м/с (нижний предел относится к
3* Ревяко М.М., Каспсрович О.М.
37

легким материалам типа талька, пресс-порошков, а верхний - к материа-
лам типа мармалита, песка) частицы слоя начинают вибрировать, и про-
должается уплотнение слоя с образованием в нем трещин (рис. 19, б).
При v = 2,0-2,5 м/с весь слой материала начинает медленно двигаться в
сосуде, а отдельные частицы перемещаются по концентрическим окруж-
ностям (рис. 19, в). Дальнейшее увеличение v до 2,5-3,5 м/с приводит к
некоторому расширению слоя, который поднимается сначала только у
вала, а затем во всем сосуде (рис. 19, г, д).
При v = 4-5 м/с в массе около оси вращения образуется воронка, и
материал начинает циркулировать от периферии к центру. Нижние слои
материала поднимаются около стенки, направляются к оси по спираль-
ным траекториям и затем как бы сливаются в центральную воронку
(рис. 19, е). Направление циркуляции материала в этом случае прямо
противоположно тому, которое наблюдается при продувании газа че-
рез слой материала.
Рис. 19
При v = 5-8 м/с циркуляция сыпучего материала становится весь-
ма интенсивной. На свободной поверхности слоя появляются крупные
волны, объем слоя заметно увеличивается (на 10-15%), материал пере-
ходит в псевдоожиженное состояние. Если и дальше увеличивать ок-
ружную скорость лопасти, то режим псевдоожижения материала ста-
новится бурным и сопровождается периодическими выбросами
38

материала, фонтанированием из отдельных точек поверхности слоя. Чем
больше толщина слоя материала над лопастями рабочего органа, тем
больше должно быть значение окружной скорости для псевдоожижения
слоя. Уменьшение отношения высоты слоя материала к ширине лопас-
ти благоприятно влияет на процесс. Для любого материала и любой
конструкции рабочего органа характерна предельная высота слоя мате-
риала над лопастями, выше которой материал не переходит в псевдо-
ожиженное состояние.
При использовании в качестве рабочего органа радиальной прямо-
угольной лопасти с углом наклона к горизонтали 45° предельная высо-
та слоя над лопастью для легких материалов (каолин, краситель, пресс-
порошки, порошкообразные термопласты) не превышает 10Z), а для
сыпучих веществ со сравнительно большой насыпной массой и абра-
зивных (песок, шифер, мармалит) - 6Ь (где b - ширина лопасти).
При окружных скоростях, соответствующих началу псевдоожижения
(рис. 19, д, е), циркуляция материала в слое протекает в основном в объе-
ме над мешалкой. При дальнейшем увеличении скорости (рис. 19, ж, з) в
циркуляцию вовлекаются и остальные слои материала.
В состоянии интенсивного псевдоожижения циркуляция материа-
ла распространяется на весь объем, и происходит интенсивное пере-
мешивание.
Расход энергии на создание псевдоожиженного слоя механическим
методом тесно связан с основными факторами, определяющими этот
процесс, и состоянием слоя в данный момент.
Эмпирическая зависимость, позволяющая рассчитать мощность
привода W(кВт) в зависимости от свойств материала, окружной скоро-
сти и размеров лопасти, имеет вид:
c^ypHG01’2A2’4^sinoc)0’827/104z,
где с - коэффициент сопротивления, зависящий от природы сыпучего
материала;
к -коэффициент уплотнения или разрыхления массы;
(О - угловая скорость лопасти, рад/с;
рн - насыпная масса материала, кг/м3;
b.L- ширина и длина лопасти, м;
а - угол атаки, рад;
Н- высота слоя сыпучего материала над лопастью, м;
i - число лопастей ротора.
39

Перемещение частиц смеси осуществляется перемешивающим
устройством в радиальном и аксиальном направлениях. Смесители
с вертикальным расположением оси вращения перемешивающего
устройства в технике переработки пластмасс занимают особое мес-
то, так как представляют собой универсальный высокопроизводи-
тельный тип машин. Эти смесители называют скоростными (цент-
робежными) или турбулентными. Перемешиваемая масса
быстроходным перемешивающим устройством отбрасывается к стен-
кам смесителя. По стенке аппарата она поднимается вверх и пере-
мещается вновь к центру смесителя. В вертикальное движение сме-
си вовлекается весь объем материала. Благодаря этому масса
материала интенсивно перемешивается и разогревается под воздей-
ствием диссипативного тепловыделения. Такая картина наблюдает-
ся в случае горячего смешения в обогреваемой камере, при этом
время разогрева смеси невелико.
При холодном смешении частоту вращения необходимо выбирать
такой, чтобы компенсировать тепловые потери за счет непрерывного
контакта частиц материала с холодными стенками смесителя. Это дос-
тигается в смесителях центробежного типа (рис. 20). Объем смесителя
составляет 10-2500 л при производительности до 5000 кг/ч. В промыш-
ленности пластмасс такие смесители используются в двух вариантах: с
обогреваемыми (смесители горячего смешения) и охлаждаемыми (сме-
сители холодного смешения) камерами, а иногда применяют смеситель-
ные агрегаты, в состав которых входят смесители как горячего, так и
холодного смешения.
Рис. 21
Рис. 20
40

Камеры смешения в этом случае снабжены рубашками, в которые
подается теплоноситель или хладагент, благодаря чему поддерживает-
ся необходимый температурный режим (рис. 21). В этом случае реко-
мендуется следующее соотношение характеристик смесителей холод-
ного и горячего смешения (индекс «1» относится к смесителям холодного,
а индекс «2» - к смесителям горячего смешения):
И,/^ = 2,5;
<7, / <7, = 1,5;
nJ п2 = 5-15;
Р ,/?, = 3-8;
п I п2	’
/ м2 = 3-8,
где nv п2- частоты вращения мешалок, об/мин;
Л/ , М -объемы смесительных камер, м3;
d - диаметр камер смесителей, м;
Р , р2 - мощности на валах мешалок, кВт.
В двухступенчатом смесителе порошкообразные компоненты по-
даются в верхнюю камеру через пневматический клапан в крышке.
Во время загрузки ротор смесителя вращается с малой скоростью,
соответствующей начальной стадии псевдоожижения. Одновременно
с загрузкой порошкообразных компонентов в горячую камеру подают-
ся жидкие компоненты - стабилизатор и пластификатор (из дозатора
или вручную). Стадия загрузки занимает 1-3 мин. Через 30 с после
окончания загрузки электродвигатель смесителя автоматически пере-
ключается на большую скорость, и материал в камере переходит в со-
стояние интенсивного вихревого движения. В процессе смешения ма-
териал разогревается за счет трения частиц друг о друга и за счет тепла,
подводимого от стенок корпуса (примерно 85% тепла генерируется за
счет трения). По достижении заданной температуры (около 120°С) тер-
мопара подает команду на выгрузку смеси в нижнюю камеру, предназ-
наченную для охлаждения готовой смеси. Одновременно двигатели
обеих камер переключаются на меньшую скорость вращения. Откры-
вается заслонка разгрузочного окна, и горячая смесь по патрубку пере-
сыпается в нижнюю камеру. Когда смесь из верхней камеры полнос-
тью пересыпается в нижнюю, заслонка вновь закрывается, а двигатель
нижней камеры переключается на максимальную скорость вращения.
При этом реализуется начальная стадия псевдоожижения. Смесь ох-
лаждается за счет контакта с холодными стенками камеры.
41

Когда температура смеси снижается до 20-40°С, заслонка разгру-
зочного люка открывается, а двигатель привода ротора вновь переклю-
чается на минимальную скорость вращения. Готовая смесь выгружает-
ся на транспортер или в приемный бункер для дальнейшего движения
по технологическому циклу.
Производительность смесителя при емкости каждой камеры около
370 л достигает 0,56 т/ч.
3.4.	Двухроторные смесители
Двухроторные смесители отличаются большим разнообразием кон-
струкций; их можно применять для приготовления с подогревом или
охлаждением пастообразных масс, смешения сыпучих материалов с
небольшими добавками жидкости, а также для пластикации компози-
ций полимерных материалов. Конструкция этих смесителей зависит от
их назначения. Основными конструктивными элементами двухротор-
ных смесителей являются рабочая камера, в которой с различной ско-
ростью навстречу один другому вращаются два ротора, имеющие в за-
висимости от назначения различную конфигурацию.
Двухроторный смеситель с Z-образными лопастями и опрокиды-
вающейся рабочей камерой (рис. 22) предназначен для приготовления
с подогревом или охлаждением пастообразных масс. Он состоит из ра-
бочей камеры 10 и двух Z-образных роторов 8, вращающихся в противо-
положные стороны с различными скоростями (180-200 об/мин). Рабо-
чая камера снабжена крышкой 7 с быстродействующим затвором 6.
42

Роторы приводятся во вращение электродвигателем 2, связан-
ным через муфту 3 и цепную передачу 4 с приводными шестерня-
ми, установленным на станине /. Материал загружается в рабочую
камеру смесителя при снятой крышке 7; для выгрузки готового про-
дукта камера опрокидывается гидроцилиндром 11, работающим от
гидроагрегата с электродвигателем 5. Для облегчения снятия крыш-
ки предусмотрен противовес 9. Температурный режим перемеши-
вания поддерживается теплоносителем, для подвода и отвода кото-
рого предусмотрены штуцера 12 и 13. В смесителе имеются также
технологический штуцер 14 для ввода жидких компонентов и воз-
душник 15 для удаления летучих составляющих из рабочей камеры
вакуумированием.
Смесители с Z-образными роторами можно классифицировать по
следующим признакам.
1.	По технологическому назначению:
-	смешение масс друг с другом и с жидкостями;
-	растворение твердых и густых масс в жидкости;
-	образование суспензий твердых масс в жидкостях или эмульсий
жидкостей в густых массах;
-	измельчение нежестких масс;
-	смешение порошкообразных материалов с красителями.
2.	По конструктивным особенностям:
-	емкость камеры смесителя (5,25, 100,200,400. 800,2000 и 4000 л);
-	максимальная мощность привода (смеситель малой мощнос-
ти - до 25 кВт, средней мощности - до 60 кВт, большой мощности -
до 150 кВт);
-	способ выгрузки смеси (смесители с опрокидывающейся каме-
рой и с выгрузкой смеси через отверстие в дне камеры);
-	форма лопастей (гладкие Z-образные, защищенные накладками
от истирания; зубчатые; с четырехкрыльчатыми валами);
-	конструкция камеры (корыто без рубашки для обогрева; корыто с
нагревателями сопротивления, с жидкостным обогревом, с покрытием
внутренних стенок нержавеющей сталью);
-	конструкция крышки камеры (герметичная без давления; герме-
тичные под давлением; для перемешивания под вакуумом).
Z-образные лопастные роторы (рис. 23, а-г) имеют универсальное
применение и могут использоваться при смешении между собой высо-
ковязких масс или смешении их с жидкостями.
43

Рис. 23
Лопасти с зубчатыми гребнями (рис. 23, е) используют для раз-
мельчения и смешения волокнистых материалов. Двухкрыльчатые ло-
пастные валы (рис. 23, г) применяют для перемешивания небольших
количеств материала; четырехкрыльчатые (рис. 23, д) - для переме-
шивания с целью дегазации и растворения; много крыльчатые валы
(рис. 23, ж) - для смешения и увлажнения сыпучих материалов; с
овальным ротором (рис. 23, з) - для закрытых роторных смесителей
(ЗРС); с трехгранными и четырехгранными роторами (рис. 23, к); с
цилиндрическими роторами (рис. 23, w); овальные роторы с четырь-
мя лопастями (рис. 23, л).
Смесители, роторы которых занимают около 60% общего объе-
ма смесительной камеры, называют закрытыми роторными смеси-
тели (ЗРС). Их применяют для смешения полимеров с наполнителя-
ми, приготовления полимерных композиций, введения в полимер
стабилизаторов, пластификаторов, красителей и других ингредиен-
тов. Типичный ЗРС (рис. 24) состоит из камеры 2, образованной
двумя стальными полуцилиндрами и двумя боковыми стенками /9;
внутри камеры навстречу друг другу вращаются роторы 3. В мас-
сивных боковых стенках установлены роликовые подшипники 20
роторов. Зазор между стенкой и шейкой роторов уплотняется спе-
циальным устройством 18.
Смесительная камера монтируется на чугунной станине 1. В верх-
ней части камеры располагается загрузочное окно, над которым уста-
новлена загрузочная воронка 5 с откидывающейся заслонкой 6, пере-
44

двигаемой пневмоприводом 4. При загрузке смесителя заслонка откло-
няется к стенке воронки и открывает отверстие в боковой стенке пря-
моугольной загрузочной шахты, по которой смешиваемые материалы
ссыпаются в смесительную камеру. По окончании загрузки заслонка
возвращается в вертикальное положение, перекрывая при этом отвер-
стие в стенке шахты и препятствуя выбросу пылящих компонентов на-
ружу при работе смесителя.
Рис. 24
В прямоугольной шахте расположен верхний затвор 10, установ-
ленный на штоке 9 воздушного цилиндра 7 с поршнем 8. При загрузке
смесителя затвор перемещается в крайнее верхнее положение, откры-
вая доступ в камеру смесителя. По окончании загрузки затвор опуска-
ется вниз и через окно в камере смесителя давит на находящийся в
камере материал, создавая в нем избыточное гидростатическое давле-
ние, равное 0,35-0,7 МПа.
Выгрузка готовой смеси производится через нижнее окно в камере,
которое во время загрузки и смешения закрыто нижним затвором 14,
состоящим из фигурного клина, укрепленного на корпусе пневмоцилин-
45

дра 15. Шток 73, на котором установлен поршень пневмоцилиндра, ук-
реплен на станине. Поэтому при подаче воздуха в одну из полостей ци-
линдра, последний вместе с клином перемещается по направляющим
под смесительной камерой, закрывая или открывая камеру снизу. Пода-
ча сжатого воздуха в цилиндр осуществляется через каналы, просвер-
ленные в штоке 13.
В отечественной промышленности получили распространение
ЗРС с овальными роторами - так называемые смесители типа Бен-
бери.
Процесс ламинарного смешения сопровождается интенсивным
тепловыделением. Для отвода тепла смеситель имеет систему охлаж-
дения. Роторы охлаждают конденсатом, поступающим во внутреннюю
полость по трубам 16 и разбрызгиваемым по всей полости ротора че-
рез установленные на трубке форсунки. Из роторов охлаждающая вода
сливается через воронку 17 и поступает в установленную на линии стока
воронку 12.
Стенки камеры могут прогреваться пропускаемым через паровую
рубашку паром и охлаждаться как пропусканием охлажденного кон-
денсата через рубашку, так и орошением стенок камеры конденсатом
снаружи, поступающим на поверхность камеры через многочисленные
патрубки, присоединенные к коллектору 11.
Гребень нижнего затвора 14 и верхний затвор имеют полости, ко-
торые охлаждаются водой.
Привод ЗРС осуществляется, как правило, от синхронных элект-
родвигателей большой мощности через редуктор с помощью шарнир-
ной муфты 21.
Для описания механизма процесса смешения в закрытом роторном
смесителе рассмотрим схему взаимодействия рабочих органов смесите-
ля (рис. 25). В начальной стадии процесса после загрузки всех компо-
нентов рабочий объем камеры и часть червячных объемов заполнены
материалом. По мере смешения компонентов смесь становится более
компактной и начинает занимать не весь объем, а лишь его часть. Верх-
ний затвор заслоняет смесительную камеру и своей поверхностью про-
должает внутреннюю стенку камеры.
Увеличение раздела между компонентами происходит за счет де-
формации сжатия, сдвига и растяжения в зазорах между роторами и
стенкой камеры и в зазоре между роторами, причем в различных
частях рабочей камеры смесителя интенсивность деформации ком-
46

понентов смеси различна. В каждой части рабочего объема благода-
ря сложной конфигурации роторов создаются различные градиенты
скорости сдвига, а следовательно, и различная интенсивность смеше-
ния.
При взаимодействии рабочих органов закрытого роторного смеси-
теля наиболее интенсивное воздействие роторов на материал, т. е. наи-
большая деформация сдвига, происходит в серповидных пространствах
МКИП между поверхностью гребня ротора и стенкой камеры. Таким
образом, наиболее интенсивная деформация сдвига осуществляется в
объемах ВЕАО{ и БМГПДО2-зы\ъ\ деформации I.
В зонах деформации II- ВОи НО2Б материал, увлекаемый вра-
щающимися роторами, создает импульсное давление на крышку верх-
него затвора, поднимая ее толчками вверх. В зоне III - НО{АДО2 пере-
мещаемые роторами потоки смеси сталкиваются, и здесь происходит
смешение потоков - вминание и вдавливание компонентов смеси в по-
лимер. Далее смесь захватывается гребнями роторов, и, ударяясь о выс-
туп верхней части крышки нижнего затвора, разделяется на два потока и
увлекается в серповидную зону деформации I.
Гребни каждого из овальных роторов выполнены в виде прерыви-
стой спирали и представляют собой как бы две винтовые нарезки.
47

В любом поперечном сечении ротора каждый гребень имеет форму
сужающегося в одну сторону эллипса. Поверхность каждого из роторов
выполняется в виде двух винтообразных лопастей, одна из которых
(длинная) имеет угол подъема винтовой линии 30° к образующей эл-
липса, а другая (короткая) - 45°. Угол закручивания каждой из лопас-
тей 90°. Длина короткой лопасти составляет 0,35 рабочей длины рото-
ра, а длинной - 0,65 рабочей длины. Благодаря такой конфигурации
ротора возникает некоторое осевое перемещение смеси. Короткий гре-
бень перемещает резиновую смесь в направлении, перпендикулярном
к поверхности, образующей гребень ротора. Длинный гребень создает
определенное сопротивление прохождению смеси.
Вследствие того, что длинный гребень одного ротора находится про-
тив короткого гребня другого ротора, наблюдается осевое перемещение
смеси в виде пространственной восьмерки, и в камере смесителя обра-
зуются линии тока компонентов, обеспечивающие получение высокока-
чественного смешения. Как отмечалось выше, наибольшее значение де-
формации сдвига создается в серповидных пространствах между
поверхностью гребня ротора и стенкой камеры. Деформацию смеси в
этих зонах можно рассматривать как деформацию сдвига в канале с пе-
ременным уклоном при большом различии в расстояниях между огра-
ничивающими поверхностями на входе и выходе из канала.
4.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ
При проведении процессов подготовительного производства - ок-
раски, введения наполнителей, стабилизаторов, совмещения полиме-
ров друг с другом, удаления летучих компонентов из полимеров и др. -
на экструзионных агрегатах получают гранулы.
Экструзионные агрегаты для гранулирования состоят из экстру-
дера и собственно гранулирующего устройства, которое включает
формующий инструмент, гранулятор, устройство для охлаждения
гранул.
В промышленности пластмасс используют различные способы гра-
нулирования. Резка расплава непосредственно на фильере осуществ-
ляется с помощью вращающихся ножей, установленных соосно с го-
ловкой или эксцентрично к ней. При соосном расположении режущих
ножей отверстия на решетке расположены по концентрическим окруж-
48

ностям (рис. 26, а\ а при эксцентрическом расположении отверстия
распределены равномерно по всей плоскости решетки (рис. 26, 6).
В решетку 1 с отверстиями 2 из экструдера 6 поступает расплав поли-
мера. Ножи 3 получают вращение от вала 4 и срезают выдавленные
порции полимера, который сдувается в бункер 5.
Рис. 26
При гранулировании используется воздушное охлаждение. Этот
способ гранулирования применяется при переработке материалов с
относительно низкой энтальпией при соответствующей температуре
экструзии при повышенной прочности расплава и незначительной при-
липаемости его к металлам (непластифицированный и пластифициро-
ванный ПВХ, высоконаполненные полиолефины).
Для полимеров, склонных прилипать к металлической поверхнос-
ти, и полимеров, обладающих высокой энтальпией, но невысокой проч-
ностью расплава требуется упрочнение расплава путем интенсивного
предварительного охлаждения водяной пылью (полиолефины, полисти-
рольные пластики и др.)
На заводах по переработке пластмасс чаще применяют гранулято-
ры для резки предварительно охлажденных прутков термопластов. На
таких машинах (рис. 27) материал 1 в виде прутков выдавливается из
экструдера проходит через охлаждающую ванну 2, где переводится в
твердое агрегатное состояние и тянущими валками 3 подается на но-
жевую головку 4. Скорость подачи стренг валками согласована со ско-
ростью вращения ножей головки и позволяет получить гранулы дли-
ной от 2 до 7 мм. Диаметр пластмассовых стренг находится в пределах
от 2 до 8 мм.
4 Ревяко М.М., Каспсрович О.М.
49

4
3
2
Рис. 27
В зависимости от типа экструдера и способа гранулирования про-
изводительность агрегатов для гранулирования составляет от 100 до
4000 кг/ч.
5.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СУШКИ МАТЕРИАЛОВ
Для проведения процессов сушки применяют разнообразное обо-
рудование. Контактную сушку выполняют по периодическому методу
в камерных сушилках (рис. 28). В этих сушилках процесс сушки осу-
ществляется газовыми теплоносителями, обычно воздухом.
Основными элементами таких сушилок
являются камера 1 с наружной изоляцией,
снабженная набором перфорированных по-
лок 2 или других устройств для размещения
высушиваемого материала, теплообменник 7,
вентилятор 3 или другое устройство для пода-
чи воздуха. Циркулирующий в камере воздух
после нагрева в теплообменнике 4 вентилято-
ром 3 нагнетается в распределительный ка-
нал а и подается к высушиваемому материа-
лу. Поток нагретого воздуха можно проводить
над поверхностью высушиваемого материала
или непосредственно через слой материала.
50

Разновидностью камерных сушилок являются полочные, в камере
которых расположены 8-12 полок для размещения высушиваемого ма-
териала. Для сушки полимеров высота слоя не должна превышать SO-
TO мм.
Воздух обычно нагревают с помощью газа или, что наиболее рас-
пространено, электронагревательными элементами.
Камерные сушилки достаточно широко распространены благодаря
простоте устройства и низкой стоимости. В то же время они имеют ряд
недостатков, связанных с необходимостью применения ручного труда,
малой степенью механизации загрузочно-разгрузочных работ, возмож-
ностью загрязнения материала.
Продолжительность сушки в таких сушилках составляет от 6 до 24 ч.
Однако после сушки материал хранится в обычных условиях и снова вби-
рает влагу.
Указанных недостатков лишены сушилки, разработанные ЗАО «Ат-
лант» (г. Минск), в которых сушка осуществляется нагретым воздухом
по замкнутому циклу (рис. 29).
Рис. 29
51

Гранулированный материал из напольной емкости гибким транспор-
тером подается в осушительный бункер 6, где материал сушится горя-
чим воздухом. Осушка влажного воздуха происходит в осушителе 7.
После сушки материал из нижней части бункера подается в накопитель-
ную емкость.
Воздух вентилятором 1 через распределитель 3 нагнетается в осу-
шитель 7. Сухой воздух, поступающий от осушителя, направляется
распределителем 4 на нагревательный узел 5. Затем сухой нагретый
воздух поступает в воздушный диффузор бункера 6 и, проходя через
слой материала в бункере, сушит его. Выйдя из бункера, воздух фильт-
руется в фильтре 9, затем снова направляется в систему циркуляции
вентилятором /.
В то время как один осушитель 7, содержащий молекулярные
сита, находится в фазе работы, другой осушитель 8 находится в ста-
дии регенерации, так как вентилятор 2 нагнетает воздух через рас-
пределитель 3 на осушитель 8, в котором он нагревается до 200-
250°С для создания условий регенерации для молекулярных сит.
Затем распределитель 4 выбросит влажный воздух. Сушилка рабо-
тает в автоматическом режиме. Цикл длится около 4 ч: 3 ч на нагрев
и 1 ч на охлаждение молекулярных сит. По окончании цикла работы
распределители 3 и 4 поворачивают поток воздуха в обратном на-
правлении.
Ориентировочные значения температуры и времени сушки для раз-
личных материалов приведены в табл. 5.
Таблица 5
Материал	Насыпной вес, кг/дм3	Температура сушки, °C	Время сушки, ч
ПП	0,6	90	1-2
ПЭ	0,5	90	1-2
ПС	0,5	80	2
АБС	0,6	80	2-3
САН	0,5	80	2-3
ПА-6	0,65	75	4-5
ПВХ	0,5	70	1
ПЭТФ	0,7	160	4
ПБТФ	0,7	120	3
ПММА	0,5	80	2-3
52

Технические характеристики сушилки приведены в табл. 6.
Таблица 6
Параметры	БЗС0118
Температура сушки гранул, °C	80-90
Температура цикла регенерации, °C	200-250
Время сушки гранул (АБС), ч	3-4
Производительность установки, кг/ч	130
Объем бункера, м3	1
Мощность нагревателей, кВт	12
Установленная мощность электродвигателей, кВт	8,2
Суммарная мощность, кВт	38,2
Количество электродвигателей, шт	5
Питающая сеть	380 В, 50 Гц
Габаритные размеры, мм:	
длина	5580
ширина	3650
высота	4080
Масса, кг	1790
В ЗАО «Атлант» (г. Минск) разработана и выпускается бункер-су-
шилка для подогрева и сушки материала непосредственно на термо-
пластавтомате или червячном прессе (рис. 30).
/
Рис. 30
4* Ревяко М.М., Касперович О М.
53

Вентилятором 1 воздух продувается через электрический калори-
фер 2, оттуда поступает через диффузор 3 в бункер 7, где находится
подсушиваемый материал. Отработанный воздух через фильтр, уста-
новленный на фланце 5, выходит наружу.
Технические характеристики бункера-сушилки приведены в
табл. 7.
Таблица 7
Параметры	БЗУ0010
Температура сушки гранул, °C	80-90
Время сушки гранул (АБС), ч	2-3
Производительность установки, кг/ч	65
Объем бункера, м3	0,04
Мощность нагревателей, кВт	4,5
Установленная мощность электродвигателей, кВт	0,25
Суммарная мощность, кВт	4,75
Количество электродвигателей, шт.	1
Питающая сеть	380 В, 50 Гц
Габаритные размеры, мм:	
длина	600
ширина	800
высота	1190
Масса, кг	90
Бункер-сушилка обеспечивает подогрев и сушку материала непос-
редственно на оборудовании, постоянный контроль температуры; маг-
нитный сепаратор под бункером осуществляет улавливание металли-
ческих частиц; возможно задание температуры сушки с пульта
управления.
Энергообеспечение при сушке полимерного гранулята зависит от
величины точки росы: чем ниже точка росы, т. е. чем меньше содержа-
ние влаги в воздухе, тем менее продолжительным будет процесс суш-
ки. Критическое значение точки росы, при котором качество воздуха
уже не может обеспечить безупречную сушку материала, от -15 до
-18°С. Имея низкую точку росы, можно высушить гигроскопический
гранулят до остаточной влажности 0,01%, при этом процесс сушки
протекает быстрее, снижаются энергозатраты.
54

Фирмой «КОСН» разработана энергосберегающая схема, позволя-
ющая снизить расход электроэнергии на 40% (рис. 31).
Рис. 31
Принцип работы следующий: когда сухой воздух, пройдя сквозь
материал, достигает верхнего края сушильной емкости, специально ус-
тановленный датчик измеряет температуру воздуха. Если температура
воздуха превышает допустимое значение, вход сухого воздуха в сушиль-
ную емкость блокируется специальным клапаном. Температура возду-
ха, при которой срабатывает клапан, задается на панели управления. За
счет запирания сушильной емкости, в которой материал уже высушен,
появляется «дополнительный объем» воздуха. Он направляется в дру-
гие емкости сушилки или вновь поступает через калорифер на сушку.
Благодаря этой системе генерируемый установкой сухой воздух исполь-
зуется с максимальной эффективностью. Если температура в емкости
меняется, например, с помощью пневмозагрузчика, в бункер подается
новая порция материала, сушилка автоматически включается, и начи-
нается новый этап сушки.
6.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ РЕАКТОПЛАСТОВ
К ПРЕССОВАНИЮ
6.1.	Оборудование для таблетирования
Перед прессованием порошкообразные и волокнистые термо-
реактивные материалы формуются в заготовки, однородные по фор-
55

ме и массе, правильной геометрической формы,-таблетки. Перера-
ботка таблетированных пресс-материалов имеет ряд преимуществ:
объемная или весовая дозировка заменена более простой штучной,
в связи с уплотнением материала и уменьшением воздушных вклю-
чений повышается теплопроводность, что в свою очередь улучшает
условия предварительного подогрева (в том числе и токами высо-
кой частоты), сокращаются размеры загрузочных камер пресс-форм,
сокращается количество пыли. Все это позволяет при использова-
нии таблетированного материала уменьшить продолжительность
цикла прессования, улучшить качество прессуемых изделий и усло-
вия труда.
Процесс таблетирования включает операции дозирования, прессо-
вания, выталкивания, сброса готовой таблетки. Наиболее распростране-
но объемное дозирование, т. е. определение дозы путем заполнения оп-
ределенного объема. От точности дозирования зависит постоянство массы
прессуемых таблеток. За показатель точности дозирования принимают
вычисленное в процентах отклонение массы изготовленных таблеток от
заданной. При таблетировании фенопластов допускается разновес око-
ло ±1%, для аминопластов ±2%.
Прессование является основным этапом таблетирования. В процес-
се прессования происходит взаимодействие громадного количества час-
тиц, имеющих большую суммарную поверхность. Под воздействием
давления прессуемый материал из порошкообразного превращается в
пористое тело, а при дальнейшем повышении давления может превра-
щаться в компактное твердое тело. Основным фактором, обеспечиваю-
щим образование прочной таблетки при прессовании, являются силы
электростатического притяжения, которые проявляются при сближении
соседних зерен на расстояние порядка 10-8 см.
Обычно таблетирование (рис. 32) осуществляется в цилиндричес-
ких матрицах 2 между двумя пуансонами 1 и 4. Оно может быть как
односторонним (рис. 32, а\ так и двухсторонним (рис. 32, б). В обоих
случаях давление распространяется неравномерно как по высоте, так и
по диаметру таблетки (ов, <зт, Он), что приводит к неравномерному рас-
пределению плотности. Однако при двухстороннем таблетировании уси-
лия Р, действующие с обеих сторон на таблетку 3, одинаковы. Благода-
ря этому получаются таблетки более высокого качества. Давление при
таблетировании выбирается в зависимости от природы перерабатыва-
емого материала. Для большинства фено- и аминопластов с порошко-
56

образными наполнителями оно составляет 75-120 МПа, для стеклово-
локнитов - 230-300 МПа.
Рис. 32
Основными требованиями к качеству таблетки являются постоян-
ная масса и прочность, достаточная для того, чтобы в процессе транс-
портировки, хранения, загрузки в подогревающее устройство и пресс-
форму таблетки не крошились и сохраняли свою массу.
Основным параметром, характеризующим таблеточные машины,
является усилие прессования, а также их производительность. Штуч-
ная производительность таблеточных машин:
-	ротационных
п = б0шА>?2/р;
-	гидравлических
П - f&mKnfi,
где /7- число таблеток, получаемых за 1 ч работы машины;
К - число гнезд в пресс-инструменте;
/?э- число рабочих циклов в минуту;
р - коэффициент использования машин;
т - число рабочих позиций;
п - частота вращения ротора, об/мин;
/-кратность использования каждого комплекта пресс-инструмен-
та за один оборот ротора.
Наиболее распространенными таблеточными машинами ротацион-
ного типа являются машины серии МТ-3 (рис. 33). Машина этой серии
имеет литую станину 1, внутри которой размещены зубчатый и червяч-
57

ный редукторы. Нижняя 2 и верхняя 3 неподвижные плиты связаны пятью
колоннами < воспринимающими усилие, которое возникает при прессо-
вании. Червячное колесо приводит в действие главный вал 5, вместе с ко-
торым вращается ротор 6. Ротор может быть сплошным или состоять из
трех роторов, связанных шпонками и работающих как одно целое.
Уровень
масла
Рис. 33
Пресс-порошок загружается в бункер 7, заслонка 8 которого слу-
жит для перекрытия подачи порошка в приемник 10. а заслонка 9 - для
очистки бункера при переходе на другой порошок. В приемнике распо-
ложен ворошитель 7/, вал 12 которого приводится во вращение от глав-
ного вала через зубчатую передачу 13.
На роторе расположено 15 комплектов пресс-инструмента: матриц,
верхних и нижних пуансонов. Вращаясь вместе с ротором, пуансоны
набегают роликами на неподвижные кулачки-копиры и за счет этого
58

совершают возвратно-поступательное движение, при котором осуще-
ствляются прессование и выталкивание.
Последовательность выполнения технологических операций цикла
таблетирования на ротационной таблеточной машине показана на рис. 34.
Порошок поступает из приемника в матрицу 2, глубина заполне-
ния которой регулируется нижним пуансоном. Ползун 3 нижнего пуан-
сона опирается с помощью ролика на дозирующий копир 4, имеющий
регулятор дозирования 5. Кулачок 6 служит для перемещения вниз ниж-
него пуансона.
Прессование начинается после опускания верхнего пуансона под
действием веса ползуна 7. Совместное воздействие копиров 5 и 9 на
ролики ползунов приводит к прессованию таблетки между торцами
пуансонов. Клинья 10 регулируют положение нижнего копира. Ко-
пир 11 служит для поднятия верхнего пуансона. При этом происходит
выталкивание таблетки при набегании ролика ползуна нижнего пуан-
сона на копир /2.
59

Гидравлические таблеточные машины предназначены для по-
лучения крупных и массивных таблеток из пресс-порошков. Боль-
шинство таблеточных машин представляет собой гидравлические
прессы с горизонтальным расположением пресс-инструмента.
В таких машинах применяется объемный способ дозирования таб-
летируемого материала, заключающийся в отсечении определен-
ного объема порошка, поступающего из бункера, перемещающей-
ся матрицей.
Гидравлические таблеточные машины отличаются простотой ус-
тройства, управления и обслуживания, стабильностью массы табле-
ток, низкими энергозатратами. При относительно небольших габари-
тах они развивают значительное усилие прессования, причем этот
параметр может регулироваться в широком диапазоне. Конструкция
горизонтальных таблеточных машин позволяет регулировать массу
таблеток, время дозирования, скорость прессования, время таблети-
рования и скорость выталкивания. Привод рабочих органов осуще-
ствляется от гидроагрегата, состоящего из двух насосов. Один из них
(высокопроизводительный насос низкого давления) служит для быс-
трого перемещения рабочих органов, второй (насос высокого давле-
ния и малой производительности) создает необходимое усилие прес-
сования.
Принципиальная пооперационная схема работы гидравлической
таблеточной машины приведена на рис. 35. Неподвижные плиты /
и 7 связаны между собой колоннами (на рисунке не показаны).
К плите 1 прикреплен неподвижный пуансон 5. Подвижный пуан-
сон 6 закреплен на рабочем плунжере 8. Дифференциальный рабо-
чий плунжер перемещается под действием рабочей жидкости, по-
даваемой в главную или возвратную полость гидравлического
цилиндра 9. Бункер 2 и матрица 4 закреплены в подвижной плите 3,
которая при помощи тяги 14, поршня 13 и вспомогательного гид-
равлического цилиндра 12 может перемещаться по колоннам. Во
избежание перекоса плиты применяют два вспомогательных цилин-
дра, которые расположены по диагонали (на схеме условий показан
один цилиндр).
Работа машины складывается из последовательно повторяющихся
операций. Позиция / является исходной. В позиции // подвижная плита
находится в крайнем правом положении, бункер останавливается над
свободным пространством между пуансонами и происходит дозиров-
60

ка. Объем дозы материала, поступающего в матрицу, можно менять
при помощи винта 10, который ограничивает крайнее положение плун-
жера 8. Выбранное положение фиксируется контргайкой 11. Такое уст-
ройство требует надежного уплотнения винта от гидравлических уте-
чек. Иногда регулирование дозы обеспечивается изменением длины
неподвижного пуансона. В этом случае исключается возможность гид-
равлических утечек, однако возникает необходимость регулировки хода
подвижной плиты 3.
Рис. 35
В позиции /// подвижная плита перемещается в среднее поло-
жение, при этом доза пресс-порошка для изготовления таблетки ока-
зывается в замкнутом пространстве между матрицей и двумя пуан-
сонами.
В позиции IV происходит прессование таблетки. В этой позиции
рабочая и возвратная полости вспомогательных цилиндров соединя-
ются со сливной магистралью. Сила трения пресс-порошка о матрицу,
возникающая при прессовании, несколько смещает матрицу влево, при
этом достигается эффект двустороннего прессования в плавающей
61

матрице. После окончания прессования подвижный пуансон отходит от
отпрессованной таблетки, боковое давление таблетки на матрицу умень-
шается и начинается выталкивание таблетки (позиция И)- Выталкивание
осуществляется за счет перемещения подвижной плиты в крайнее левое
положение. В позиции VI таблетка сбрасывается. Это происходит под
действием ее собственной массы, однако машину обычно снабжают
сбрасывателем, который может отделить таблетку от пуансона, если она
удерживается на нем силами адгезии; сброшенная таблетка попадает на
лоток.
6.2.	Оборудование для пластикации
Шнековые пластикаторы как самостоятельное оборудование при-
меняют в основном для переработки реактопластов. Эти машины пред-
назначены для получения пластицированных доз перед прессованием.
По принципу действия шнековые пластикаторы во многом аналогич-
ны шнековым пластикационным узлам литьевых машин или экструде-
ров. Основной рабочий орган шнекового пластикатора - обогреваемый
цилиндр, внутри которого вращается шнек.
По исполнению шнековые пластикаторы разделяются на горизон-
тальные, вертикальные и наклонные. При вертикальном исполнении
появляется возможность предварительного уплотнения материала в
бункере с использованием, например, конического шнека. Это осо-
бенно важно при переработке материалов с волокнистым наполните-
лем, которые имеют малую насыпную плотность (0,15-0,30 г/см3) и
сыпучесть. К недостаткам вертикальных пластикаторов следует от-
нести неудобство обслуживания и необходимость использования до-
полнительных загрузочных устройств для подачи материала в бункер
пластикатора.
Один из основных элементов шнековых пластикаторов - шнек,
который характеризуется длиной нарезки, шагом, степенью сжатия. Для
переработки реактопластов обычно применяют шнеки с постоянным
или уменьшающимся (коэффициент уменьшения 0,8-0,9) объемом
межвиткового пространства. Шаг шнека, как правило, выбирают рав-
ным диаметру 7); глубину нарезки - равной (0,09-0,13)7) для пресс-
порошков и (0,14-0,2)7) для волокнистых пресс материалов; длину на-
резки - (6-8)7).
62

7
Рис. 36
Работа в червячном пластификакторе горизонтального типа про-
исходит следующим образом (рис. 36).
Материал поступает в загрузочный бункер, захватывается чер-
вяком 3 и, пройдя по цилиндру 6, скапливается в передней части
цилиндра (рис. 36, а). Нож 2 закрывает выходное отверстие ци-
линдра. Вращение червяка-поршня осуществляется от редукто-
ра 4 через шлицевое соединение. После окончания процесса плас-
тикации нож-заслонка 2 поднимается вверх с помощью гидроци-
линдра 7, доза выдавливается из копильника 6 (рис. 36, б) осевым
перемещением червяка-поршня при помощи гидроцилиндра 5, за-
тем отрезается ножом-заслонкой. Промышленностью выпускаются
червячные пластикаторы этого типа с объемом таблетки 125, 250 и
500 см3/цикл.
Для переработки волокнитов наиболее эффективно использование
таблетирующего вертикального шнекового пластикатора с коническим
шнеком и продольными пазами в корпусе (рис. 37). Загрузочным уст-
ройством (на рисунке не показано) материал подается в загрузочный
бункер 7 пластикатора.
Бункер снабжен коническим шнеком 2, который уплотняет матери-
ал и подает в цилиндр 3 пластикации с двумя зонами обогрева (темпе-
ратуры tt и г2).
63

Рис. 37
На внутренней конической поверхности бункера для предотвра-
щения проворачивания материала в окружном направлении выпол-
нены прямоугольные пазы а глубиной около 5 мм и шириной 20 мм
(последняя возрастает в направлении движения материала). Прием-
ные камеры 7 и 8 пластикатора могут перемещаться относительно
отверстия цилиндра 3 пластикации и шнека 4. Требуемую плотность
дозы, зависящую от давления в камере, обеспечивают гидроцилинд-
ры 5, 6. Команда на прекращение забора дозы подается при достиже-
нии заданного осевого смещения, т. е. масса дозы регулируется дози-
рованием «по позиции» (конструктивно один из наиболее точных и
простых способов).
Приемные камеры 7 и 8 работают следующим образом. В процес-
се набора заданной дозы поршень гидроцилиндра 5 опускается под
давлением в камере (позиция Г). При достижении поршнем гидроци-
линдра 5 нижнего положения привод автоматически отключается и
64

приемные камеры 7,8 совместно с гидроцилиндрами 5, 6 перемещают-
ся по направляющей планке 10, выполненной в виде «ласточкиного хво-
ста», гидроцилиндром 9 в крайнее правое положение (позиция 1Г). При
перемещении приемных камер 7, 8 происходит отделение дозы. Доза
выталкивается из полости приемной камеры 7 поршнем гидроцилиндра
5 при перемещении его в крайнее верхнее положение. Одновременно
происходит набор дозы в приемную камеру 8, которая находится под
отверстием цилиндра 3 пластикации. Далее цикл повторяется.
Использование двух камер позволяет совместить операции набора
дозы в одной камере и выталкивания дозы в другой камере, что сокра-
щает цикл получения дозы и увеличивает производительность на 8-12%.
К преимуществам данного конструктивного исполнения следует отнес-
ти также возможность изготовления таблеток различных массы и диа-
метра, что расширяет эксплуатационные возможности пластикатора.
Выпускают шнековые пластикаторы типа ПВЧ-63В (для волокни-
тов) со следующими техническими характеристиками (табл. 8).
Таблица 8
Параметры	ПВЧ-63В
Производительность максимальная, кг/ч	60
Диаметр шнека, мм	63
Глубина канала шнека, мм	12
Отношение рабочей длины шнека к его диаметру	8
Производительность максимальная, кг/ч	63
Масса таблеток максимальная, г	2100
Диаметр таблеток, мм	65, 85, 100
Высота таблеток, мм	50-200
Частота вращения шнека (регулируемая), об/мин	15-60
Давление в камере максимальное, МПа	8
Давление в гидроцилиндре максимальное, МПа	6,3
Установленная мощность, кВт: электродвигателей электронагревателей	13,2 6
Габаритные размеры пластикатора, мм: длина ширина высота	2000 2450 2650
Масса пластикатора, кг	2700
5 Ревяко М.М., Каспсрович О.М
65

6.3.	Аппараты для предварительного нагрева материалов
Таблетированные реактопласты непосредственно перед загрузкой
их в пресс-форму подвергают предварительному нагреву в поле токов
высокой частоты с целью интенсификации процесса прессования и
повышения качества изделий.
Диэлектрический нагрев происходит при наложении на материал
переменного электрического поля. Под его влиянием имеющиеся в ма-
териале заряды, связанные межатомными силами, смещаются в направ-
лении поля и создают ток поляризации в отличие от свободных зарядов,
которые создают ток проводимости. В переменном электрическом поле
непрерывное перемещение зарядов, а следовательно, и связанных с ними
межатомными силами участков молекул сопровождается внутренним
молекулярным трением, которое и вызывает нагрев материала. Допол-
нительное тепло выделяется в результате тока проводимости. Поскольку
преобразование электрической энергии в тепловую происходит по всей
массе материала, то температурные перепады минимальны.
Различные пластмассы, помещенные в переменное электрическое
поле, нагреваются с разной интенсивностью. Критерием оценки пове-
дения материала в высокочастотном электрическом поле является ве-
личина коэффициента диэлектрических потерь р, равного произведе-
нию диэлектрической проницаемости £ на тангенс угла диэлектрических
потерь tg8, т. е. р = EtgS. Высокочастотному нагреву подвергаются только
пластмассы, для которых р меньше сотых долей единицы.
Величина диэлектрических потерь Р (Вт) может быть определена
следующим образом:
Р = 2 jtC/iz2 tg5,
где С - емкость конденсатора, образованного диэлектриком и электро-
дами генератора, Ф;
f	- частота переменного тока, Гц;
и - переменное напряжение электрического тока, приложенное к
диэлектрику, В;
tg5 - тангенс угла диэлектрических потерь.
Величина диэлектрических потерь Р} (Вт/м3), идущая на нагрев еди-
ницы объема пресс-материала (активная мощность):
P{=kfE\t&
где к = 0,55 - коэффициент пропорциональности;
66

Е - напряженность электрического поля, В/м;
£-диэлектрическая проницаемость пресс-материал а, Ф/м.
Несмотря на то, что £ и tg8 зависят от температуры и частоты
переменного электрического поля, произведение величин диэлектри-
ческой проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, назы-
ваемое фактором потерь, для многих пресс-материалов является ве-
личиной постоянной:
£tg5 = 0,2-0,4.
Чем больше £rtg3, тем больше электрической энергии переходит в
тепловую.
Минимальная частота /т]п(Гц), при которой создается необходи-
мая интенсивность нагрева, определяется по формуле
рс(Г2-7])
7mn 0,55nTE^onATtg5’
где р - плотность материала, кг/м3;
с - удельная теплоемкость материала, Дж/(кг-К);
Г2 и Т- конечная и начальная температуры материала, К;
Г|т = 0,4-0,5 - термический КПД процесса нагревания, учитываю-
щий потери теплоты в окружающую среду;
(Е2 - Г^/Дт - скорость приращения температуры, К/с.
Минимальная частота выбирается такой, чтобы не превысить до-
пустимую напряженность Едоп электрического поля (200-250 кВ/м),
иначе возможен электрический пробой материала. Напряженность элек-
трического поля Е (В/м) при нагреве однородного диэлектрика:
E=U/l
где U - напряжение на конденсаторе (не более 5000-8000 В);
/ - расстояние между пластинами, м.
Объемная плотность теплового потока qv (Вт/м3) при нагревании
пресс-материалов определяется из выражения:
qv =27t/£8rtg8E2,
где £ - диэлектрическая проницаемость вакуумного пространства (£ =
= 8,85л Ф/м = 8,85 • 1012Ф/м).
Объемная плотность теплового потока с учетом потерь теплоты в
окружающую среду:
67

Длительность нагрева таблеток т (с):
т _ ^р(г-т;)
0,55r)T£tg8/E2
или
т 18ср(Г2 - 7])//п2-10Q
/^nTs,.tg8/K U2
где с - удельная теплоемкость, кДж/(кг-К);
р - плотность, кг/м3;
Т2 и Д - конечная и начальная температуры таблетки, К;
Kj:- коэффициент, учитывающий влияние на напряженность элек-
трического поля воздушного зазора между полимером и электродом;
Г|т= 0,4-0,5 - термический КПД процесса нагревания, учитываю-
щий потери теплоты в окружающую среду, т. е. КПД генератора ТВЧ;
fK- частота колебаний, Гц;
Е- напряженность электрического поля, кВ/м;
U - подводимое напряжение, В (/7= 5-10 кВ);
Н - толщина слоя полимера (пластины, таблетки), мм.
Мощность электрического поля W (кВт), потребляемая на нагрев
порции материала массой (7, определяется по уравнению:
_дс(т,-т1)
тнПт
Напряженность Е электрического поля не должна превышать 200-
250 кВт/м. Коэффициент К}
Кк =
где 8 - величина воздушного зазора между электродом и таблеткой, мм;
а и К - постоянные (для фенопластов; а = 1,25; К = 2,23).
В настоящее время для нагревания таблетированных реактоплас-
тов применяют главным образом генераторы ТВЧ с частотой колеба-
ний 15-30 МГц и напряжением 3-8 кВ. Колебательная мощность этих
установок составляет 0,65-16 кВт. В этих генераторах можно прово-
дить подогрев и нетаблетированного сырья в таре из фторопласта или
в полиэтиленовых мешках.
68

Рис. 38
Генератор ТВЧ (рис. 38) выпол-
нен в виде металлического шкафа 4,
в котором размещены следующие эле-
менты: генераторный блок 5 с каме-
рой рабочего конденсатора, анодный
трансформатор /, высоковольтный
выпрямитель 10, вентилятор 2 и ап-
паратура цепей питания и управле-
ния 8. Приборы контроля и управле-
ния смонтированы на лицевой пане-
ли 9. Доступ к оборудованию осуще-
ствляется через двери 3 и 11,
имеющие электромеханическую бло-
кировку. В установке есть механизм
перемещения верхней пластины ра-
бочего конденсатора 7 с выведенной
наружу рукояткой управления 6. Ге-
нератор снабжен системой экраниро-
вания излучения радиопомех.
Принцип работы установки зак-
лючается в преобразовании пере-
менного напряжения промышлен-
ной частоты (50 Гц) в напряжение частотой 40, 68 МГц. Таблетки
устанавливают на поддоне или в специальных кассетах на нижний
электрод, который одновременно служит заземленной пластиной кон-
денсатора. Пластина верхнего электрода изготовляется сетчатой для
лучшего пропускания паров влаги и летучих компонентов. После на-
грева таблеток до заданной температуры электронное реле времени
автоматически отключает генератор.
При обслуживании и ремонте установки необходимо строго соблю-
дать все правила техники безопасности, указанные в «Правилах техни-
ческой эксплуатации электроустановок потребителем», относящиеся к
высокочастотному оборудованию. Конструкция установки обеспечи-
вает безопасность работы обслуживающего персонала при условии ис-
правности электромеханических блокировок дверей установки и под-
носа и надежности заземления корпуса. К управлению процессом нагрева
допускаются лица, проинструктированные по технике безопасности
работы на высокочастотном оборудовании.
5* Ревяко М.М., Касперович О.М.
69

Раздел II. ФОРМУЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
1. МАШИНЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
1.1. Сущность литья под давлением
Литье под давлением - один из распространенных методов пере-
работки полимеров. В процессе реализации данного метода расплав
полимерного материала под высоким давлением через литниковые ка-
налы формы впрыскивается в полость закрытой формы, уплотняется в
ней, и за счет охлаждения формы фиксируется изделие. После этого
форма открывается и готовое изделие извлекается из формующих гнезд.
Используя данный метод перерабатывают термопласты и термореак-
тивные материалы.
Наибольшее распространение получили горизонтальные литьевые
машины с червячной пластикацией расплава (рис. 39).
Перерабатываемый материал загружается в бункер 9, захватывает-
ся червяком 7 и за счет разности коэффициентов трения между матери-
алом и обогреваемым цилиндром 8 и материалом с червяком транс-
портируется вперед.
Доза расплава 12 накапливается в передней части материального
цилиндра, перемещая червяк-поршень вправо. Это обеспечивается
шлицевым соединением хвостовика червяка с колесом редуктора 10.
При наборе необходимой дозы расплава вращениечервяка-поршня
70

прекращается концевыми выключателями 13 и одновременно вклю-
чается подача рабочей жидкости в поршневую полость цилиндра
впрыска 11, Весь узел пластикации и впрыска перед этим гидроци-
линдром 14 подводится к литниковой втулке литьевой формы 5. Под-
вижная часть формы 5 закреплена на плите 4, а неподвижная на
плите 6. Замыкание и раскрытие формы происходит под действием
гидроцилиндра /, шток которого связан с подвижной плитой 4. Гид-
роцилиндр / закреплен на регулируемой плите 2, а стягивают все
плиты колонны 3, по которым движется подвижная плита с полу-
формой.
Циклограмма работы литьевой машины, работающей по описан-
ному технологическому методу, представлена на рис. 40.
Линия 1а соответствует перемещению подвижной плиты прессо-
вой части при смыкании формы (tx - время, необходимое для смыкания
формы).
После закрытия формы с заданным усилием запирания подается
команда на подвод сопла инжекционной части к форме (линия 2а).
(2 - время, требующееся для подвода сопла к форме (смыкание формы
и подвод сопла могут также осуществляться одновременно).
Далее шнек движется вперед (линия За). При этом подготовлен-
ный в инжекционном цилиндре расплавленный материал впрыскива-
ется в форму. Время, необходимое для впрыска, составляет t3.
71

При выдержке материала в форме (линия 36) в течение времени /
сопло инжекционной части прижато к форме (линия 26), а затем по
команде отходит (за время /7) назад (линия 2в).
Вращательное движение шнека при пластикации материала может
начаться после выдержки под давлением сразу (линия Зв) или по исте-
чении некоторого времени (такой режим применяют при переработке
некоторых нетермостабильных термопластичных материалов). Время,
необходимое для набора порции материала, составляет/^ при этом шнек
возвращается назад в исходное положение.
В течение всего цикла форма замкнута (линия 16). После охлажде-
ния изделия (за время /6) форма раскрывается (линия 1в). /8 - время
необходимое для размыкания. Далее цикл повторяется.
Инжекционная часть в зависимости от конструкции или режима
работы машины может быть прижата к литниковой втулке формы в
течение всего цикла (при работе с точечными литниками), может отво-
диться от формы по окончании выдержки материала под давлением
(при работе с самозапирающимися соплами и др.) и может отводиться
от формы после окончания пластикации (при работе с открытыми со-
плами).
На процесс формования оказывают влияние режим перемещения
шнека и режим приложения усилий на шнек в течение цикла (режим
формования).
Стандартный режим показан на рис. 41. Нарастание давления про-
исходит по мере заполнения формы. Величина давления р в момент
заполнения формы зависит от геометрии и размеров формы и литни-
ков, от свойств и температуры перерабатываемого материала, скорос-
ти заполнения формы и т. д.
После заполнения формы (за время t}) давление поднимается до
отрегулированной в гидросистеме величины.
По окончании выдержки давление в гидросистеме снимается до
отрегулированного ранее давления пластикации р4 и начинается вра-
щение шнека (/3 - время, необходимое для снижения давления фор-
мования до давления пластикации; /4 - продолжительность пласти-
кации).
Рассмотренный режим используют для литья сравнительно тол-
стостенных деталей небольшой площади через обычные литники. При
этом в форме развиваются высокие давления с небольшим перепа-
дом по ее длине.
72

Рис. 41
Для уменьшения в изделиях внутренних напряжений ориентацион-
ного характера используют режимы со сбросом давления (рис. 41,6).
После достижения в форме максимального давления р его через
определенный интервал времени /5, контролируемый с помощью спе-
циального реле времени, уменьшают до необходимой регулируемой
величины р3 (происходит сброс давления в форме).
При литье изделий большой площади, когда усилия, возникаю-
щие в форме, могут превысить усилия запирания, целесообразно ис-
пользовать режим со сбросом давления в момент заполнения формы
(рис. 41, в).
В этом случае уменьшаются внутренние напряжения в изделиях,
так как облегчается протекание релаксационных процессов. Сброс дав-
ления в этом режиме осуществляется по команде от конечного выклю-
чателя или, как и в предыдущем случае, от реле времени.
Настроив соответствующим образом конечный выключатель, мож-
но снимать усилие до момента полного заполнения формы (рис 41, г),
что приводит к еще большему сокращению усилий, возникающих в
форме.
При этом давление сбрасывается до определенной, заранее отре-
гулированной величины, одновременно уменьшается скорость впрыс-
ка на последней стадии заполнения формы.
73

В этом режиме формование материала после окончания заполне-
ния формы может осуществляться на другом давлении, т. е. сброс дав-
ления может происходить дважды: в процессе заполнения и после за-
полнения формы. Команды на сброс давления могут подаваться как
конечными выключателями, так и соответствующими реле времени.
Упрочнение литьевого изделия можно достигнуть за счет допол-
нительной ориентации внутренних слоев изделия.
Для этого применяют режимы с резким уменьшением давления
после полного заполнения литьевой формы.
На рис. 41, д показан режим, в котором после нарастания давления
в форме через интервал времени Г5 с помощью реле времени давление
формованияр2 полностью снимается и через интервал времени /6 пада-
ет до первоначальной р2 или меньшей р3<р1 т. е. величины, необходи-
мой для формования изделия.
Давление р3 может устанавливаться по истечении времени /6 или
через некоторое задаваемое время t2 (рис. 41, е).
Комбинируя работу соответствующих реле времени и конечных
выключателей, можно организовать режим (рис. 41, ж), в котором дав-
ление р2 снижается до определенной регулируемой величины р3 сразу
же после заполнения формы. Далее с помощью реле времени через
интервал времени t5 давление падает до нуля и через определенный
промежуток времени t восстанавливается до той же р3 или другой ре-
гулируемой/^1 величины.
В течение одного цикла формования такие сбросы давления мож-
но производить несколько раз (3-5) с последующим восстановлением
давления.
В период сброса давления создается перепад давления между фор-
мой и соплом. В форме давление высокое, а в сопле низкое. Материал
начинает «вытекать» из формы.
Далее в инжекционной части литьевой машины и в сопле снова
дается высокое давление. Материал начинает «втекать» в форму. Но
теперь это «втекание» происходит по более внутренним (глубоким)
слоям изделия, так как постоянно происходит охлаждение материала
со стороны наружных слоев. Материал в наружных слоях охлаждается
и не участвует в течении.
Такую операцию (сброс и подъем давления) можно повторять не-
сколько раз в течение всего периода выдержки под давлением. В ре-
зультате деформации внутренних слоев все более и более глубокие слои
74

материала ориентируются. За счет дополнительной ориентации внут-
ренних слоев изделие упрочняется.
На рис. 42, а приведена структура материала в сечении толстостенно-
го изделия, отлитого в стандартном режиме литья, а на рис. 42, б - в режи-
ме с резким многократным (четырехкратным) уменьшением (сбросом)
давления.
Наружная оболочка 1 изделия получается в процессе заполнения
формы. Она сильно ориентирована и имеет высокие прочностные
свойства.
За наружной оболочкой идет слой 2, который формируется в течение
периода выдержки под давлением. Этот слой менее ориентирован и имеет
меньшую прочность, чем наружная оболочка /, но тоже упрочнен.
Сердцевина изделия, полученного в обычном режиме литья, со-
ставляет центральный слой 3, который формируется в процессе охлаж-
дения. Этот слой неориентирован и неупрочнен.
У изделия, полученного в режиме с резким многократным умень-
шением (сбросом) давления, в период первой выдержки под давле-
нием образуется слой 4 (рис. 42, б). В период второй выдержки под
давлением после первого резкого уменьшения давления образуется
слой 5. В период третьей выдержки под давлением после второго
резкого уменьшения давления образуется слой 6. В период четвер-
той выдержки под давлением после третьего резкого уменьшения
давления образуется слой 7.
75

Внутренние слои 4, 5, 6, 7 ориентированы и упрочнены. В целом
изделие получается более прочным.
Для сравнения прочностных характеристик изделий, получен-
ных в разных режимах, на рис. 43, а приведена диаграмма «уси-
лие - деформация» для изделий, полученных в стандартном режиме
литья, а на рис 43, б - в режиме с многократным резким уменьше-
нием (сбросом) и восстановлением давления. Разрушающее на-
пряжение при растяжении изделия, полученного в режиме со сбро-
сом и восстановлением давления значительно превышает разрушающее
напряжение о изделия, полученного в обычном режиме литья. Уп-
рочненные изделия также имеют повышенные ударные характе-
ристики.
На рис. 41,з показан режим изменения давления в цикле формова-
ния при работе литьевой машины с предварительным сжатием распла-
ва (/[ - время нарастания давления до впрыска). По мере заполнения
формы за время t1 давление понижается в результате расширения пред-
варительно сжатого расплава. Режим применяют для заполнения тон-
костенных изделий. Сжатие расплава происходит в инжекционном ци-
линдре под действием шнека. В этом случае применяют сопло
специальной конструкции. Далее процесс формования протекает, как
обычно - при постоянном максимальном давлении р2 (рис. 41, а) или
со сбросом давления до величины рг
Заполнение литьевой формы расплавом является ключевым про-
цессом литьевого метода формования полимерных материалов. Мож-

но сформулировать следующее общее для всех классов полимерных
материалов требование к условиям проведения операции впрыска: в
конце этой операции весь объем оформляющей полости литьевой фор-
мы должен быть заполнен монолитным расплавом, причем состоя-
ние последнего должно быть таким, чтобы остаточные напряжения
в материале отвердевшего изделия были минимальными.
Заполнение полости формы, температура которой ниже температу-
ры кристаллизации (стеклования) полимера, происходит при непрерыв-
ном охлаждении расплава, причем вязкость его меняется в очень широ-
ких пределах: от некоторого значения при начальной температуре
заполнения TQ до бесконечности при температурах, близких к темпера-
туре кристаллизации. Естественно, при этих условиях путь растекания
расплава в полости формы является конечной величиной, зависящей как
от заданных параметров процесса (температур литья и формы, давления
литья, начальной скорости заполнения) и геометрии оформляющей по-
лости, так и от температуропроводности полимера и зависимости этой
характеристики от температуры в интервале температур литья и формы.
Зависимость коэффициента температуропроводности а полисти-
рола 1 и полипропилена 2 от температуры приведена на рис. 44. Из
рисунка видно, что характер зависимости коэффициента температуроп-
роводности лот температуры для аморфных полимеров принципиаль-
но отличен от этой зависимости для кристаллических полимеров. Для
аморфных полимеров в области температуры стеклования Г приве-
денная зависимость не претерпевает изменений (фазовый переход вто-
рого рода), а наличие ярко выраженного минимума у кривой для поли-
"s - / \	£— Q	-	 Г......	\	Д. 	 0	400	Т. 500 Г к Рис. 44	пропилена в узкой области ДТ около температуры плавления Д говорит о значительной скрытой теплоте плавления (фазовый пере- ход первого рода), что следует учитывать при анализе процесса заполнения формы. Одной из наиболее распрос- траненных форм реологического уравнения, описывающего де- формационное поведение рас- плавов полимеров, является «сте- пенной закон»:
77

т = ту”;
b
т = ехр-------•
о Гу,’
ф
7^=7; или Гф=Г.,
где т, п - реологические коэффициенты;
т - напряжение сдвига, Па;
у-скорость сдвига, с-1;
Г - температура стеклования, К;
/.-температура плавления, К;
Гф - температура в форме, К.
Температурная зависимость коэффициента т для аморфного (по-
листирол - /) и кристаллического (полипропилен -2) полимеров пред-
ставлена на рис. 45. Слева внизу рисунка диапазон температур стенки
формы, справа - диапазон температур литья. Штриховые линии - экст-
раполяция опытных данных.
На основании этих данных можно сделать следующие выводы: 1) вяз-
кость аморфного полимера монотонно растет с уменьшением температу-
ры, обращаясь в бесконечность в области 2) вязкость кристаллическо-
го полимера, будучи менее чувствительной к температуре, в области Г.
претерпевает скачок, обращаясь в бесконечность. Для аморфного поли-
Рис. 45
мера справедливо неравенство
tr-tc«t0-tr,
в то время как для кристалличес-
кого полимера
где Г -температурастенки фор-
мы, К.
Учитывая эти заключения, а
также то, что Д намного боль-
ше Г и что температура полиме-
ра в поперечном сечении канала
меняется от некоторой макси-
мальной величины до температу-
ры стенки формы Г, можно пред-
положить следующее.
78

При заполнении формы кристаллическим полимером имеются две
области (рис. 46:1 - заполнение полости формы; II - профиль скорос-
тей): застывшего на стенках, не участвующего в течении полимера с
температурой Г, и текущего между ними расплава с температурой Т}.
При этом граница раздела ядра и застывших слоев (граница фазового
перехода первого рода), имеющая температуру сосредоточена в до-
вольно узкой области возле координаты ^0(г), существенно меньшей,
чем d/2, что подтверждается резким изменением характера функций
т(Т) и а(Т) в узкой области около 7^ (рис. 45).
Рис. 46
Таким образом, расплав течет в канале, образованном застывшим
слоем полимера. Пристенная часть застывшего слоя образуется сра-
зу же с приходом в данную точку полости фронта потока: параллель-
ные в основной массе потока линии тока искривляются в области
фронта в направлении к стенкам полости, причем, попав на них, рас-
плав сразу же отвердевает. Сдвиговые напряжения, возникающие в
потоке, приводят к интенсивной ориентации цепных молекул поли-
мера в направлении течения. Степень ориентации выше в тех мес-
тах потока, в которых скорость сдвига максимальна, т. е. в узкой об-
ласти. Попав в область фронта, молекулы полимера изменяют
направление движения, что приводит к исчезновению приобретенной
ранее ориентации, в связи с этим пристенная область слоя формиру-
ется мало ориентированным полимером. После ухода фронта потока
от данного места стенки формы толщина слоя продолжает здесь на-
растать за счет охлаждения и «налипания» сильно ориентированных
молекул, движущихся в слое.
79

Рис. 47
контакта с холодным воздухом в
Охлаждение приводит к
фиксации приобретенной ими
ориентации, так что область по-
верхностных слоев материала из-
делия, за исключением узкого
пристенного слоя, формируется
сильно ориентированным поли-
мером.
Поверхность фронта потока,
несмотря на кратковременность
пребывания в ней материальных
частиц, также охлаждается за счет
юсти. В наибольшей степени это
наблюдается в области фронта потока близлежащей к стенке полости.
При выборе рационального сочетания параметров режима на ста-
дии впрыска следует иметь в виду, что какое-либо изменение любого
из параметров способствует уменьшению степени охлаждения распла-
ва в процессе напряженного состояния материала изделия.
График зависимости длины затекания L от времени t показан на рис. 47.
Как видно из рисунка, полное время течения / соответствующее предель-
ной длине отливки Л довольно велико, однако основная часть длины (око-
ло 90% от Z, ) заполняется за 3 с; следующее за этим медленное течение
вплоть до момента / существенно не влияет на полную длину отливки L.
Условия заполнения оказывают значительное влияние на эксплуата-
ционные характеристики отлитых изделий, так как охлаждение и час-
тичное затвердевание материала в форме во время впрыска приводит к
«замораживанию» в материале напряженного состояния и молекуляр-
ной ориентации, имеющих место при течении расплава в оформляющей
полости. Уровни остаточных напряжений, степень ориентации материа-
ла изделия и другие свойства достаточно уверенно можно характеризо-
вать величиной усадки изделия в направлении течения в форме при пос-
ледующем нагревании изделия выше температуры стеклования
(кристаллизации) на 30-40 К.
Зависимость высокоэластической усадки А от давления литья показа-
на на рис. 48, причем с целью определения влияния р на усадку только в
течение впрыска (1,2 - выдержка под давлением отсутствует, 1выдерж-
ка под давлением имеется,/?т)п - минимальное давление плиты, при кото-
ром начинает заполняться полость).
80

Каждая подсистема литьевой машины имеет определенное целе-
вое назначение. Анализ целевых назначений каждой подсистемы по-
зволяет установить систему параметров машины. Разделение литьевой
машины на подсистемы представлено на рис. 49.
Рис. 49
6 Ревяко М.М., Касперович ОМ
81

Основные параметры литьевых машин, которые оказывают влияние
на конструкцию и технико-экономические характеристики машин:
-	объем впрыска за цикл (объем отливки) И;
-	объемная скорость впрыска <2впр(время впрыска t впр);
-	давление литья
-	площадь литья 5;
-	усилия запирания и раскрытия формы Г3 и Fp;
-	ход подвижной плиты £п;
-	максимальное расстояние между плитами Лпп;
-	жесткость, быстроходность Б;
-	пластикационная способность дпл и диапазон температур инжек-
ционного цилиндра (Т и Т ).
Теоретический объем впрыска литьевой машины равен произведе-
нию площади впрыскивающего червяка-поршня на его рабочий ход. Тео-
ретический объем впрыска не равен реальному, который может быть по-
дан в форму. Разница возникает в результате сжимаемости и монолизации
расплава, а также утечек и может достигать 5-10%. Каждый изготовитель
производит литьевые машины нескольких типоразмеров. Для различных
размеров машин отношение объема впрыска за цикл последующей маши-
ны к объему впрыска за цикл предыдущей (коэффициент ф) может состав-
лять 1,5-3. Для машин выпускаемых в СНГ принят коэффициент ф = 2,
т. е. 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000,2000,4000, 8000 см3.
Объем впрыска за цикл рассчитывается по зависимости
И = (ГЛ + Гл)^сж,
где V- объем изделия, см3;
п - гнездность формы;
К - объем литниковой системы, см3;
К - коэффициент, учитывающий утечки расплава в червяке {К т =
= 1,01-1,02 );
К - коэффициент, учитывающий сжатие расплава в нагреватель-
ном цилиндре.
Объемная скорость впрыска - это параметр, который определяет
скорость, с которой полимер заполняет форму. Этот параметр должен
быть таким, чтобы:
1)	для заполнения литниковой системы и формы требовалось срав-
нительно небольшое давление литья (для этого скорость впрыска не
должна быть, с одной стороны, слишком большой, чтобы при заполне-
82

нии не возникали большие напряжения сдвига и, следовательно, боль-
шие потери давления, и, с другой стороны, слишком малой, чтобы при
заполнении не образовался большой охлажденный слой полимера и
значительно понизилась температура текущего расплава, так как в про-
тивном случае возникают большие потери давления), причем форма
должна заполняться с постоянной объемной скоростью течения;
2)	формировалась структура изделий, обеспечивающая их хорошие
эксплуатационные показатели;
3)	не произошла существенная механодеструкция полимера.
Время впрыска расплава Гв в режиме постоянной объемной скоро-
сти движения расплава ^определяется исходя из выбранной для дан-
ного термопласта 2впо следующей зависимости:
t = vjQ,
в ф
где /ф- объем оформляющей полости формы, см3;
Q - для термопластичных полимеров выбирается в пределах 20-
120 см3/с.
Давление литья /^обеспечивается гидроприводом литьевой ма-
шины и служит параметром, определяющим возможность заполне-
ния оформляющей полости формы. Величина Рл затрачивается на пре-
одоление сопротивления течению в системе, предшествующей
оформляющей полости формы, и потерь давления, затрачиваемых на
течение расплава в полости формы. Для переработки термопластов
на машинах с червячной пластикацией ГОСТом определено давление
в 132 МПа.
Площадь литья 5л и усилие запирания формы взаимосвязаны меж-
ду собой. Необходимое усилие запирания F может быть определено
по зависимости
Л = Рср SnKKn,
где Р - давление в полости формы, МПа;
п - гнездность формы;
К - коэффициент, учитывающий площадь литниковой системы (Кл =
= 1,1-1,2);
Кп- коэффициент, учитывающий потери усилия сжимания из-за
потерь на трение (Кп = 1,2);
Sn- максимально допустимая площадь отливки (проекция на пло-
щадь разъема формы), см2.
Для серийно выпускаемых термопластов 5л имеет следующие зна-
чения:
83

Кем3 8	16	32	63	125	250	500	1000
5, см2 35	60	100	200	350	600	1000	1800
Усилиераскрытия формы Fp зависит от адгезии полимера к фор-
мующей полости, остаточного давления в полости формы, шерохова-
тости этой поверхности. По экспериментальным данным Fp может быть
определено по зависимости:
F = 0,lF.
р	3
Выбранная площадь литья определяет размеры плит машины и
расстояние в свету между колоннами по вертикали и горизонтали Ав,
Lr (рис. 50).
Рис. 50
Наибольшая высота формы вычисляется:
где Н" - высота изделия, мм;
К - коэффициент, учитывающий высоту стенок литьевой формы
(К = 6,4-0,6).


Ход подвижной плиты Лпопределяют по зависимости:
А =НКА,
п и qr
где К - коэффициент, зависящий от объема впрыска (А^ф = 1,8-2,15).
Максимальное расстояние между плитами Лпп рассчитывается:
Л = L +Н,.
пп п ф
Под пластикационной способностью понимают производитель-
ность, которую может обеспечить инжекционный цилиндр по расплав-
ленному полимеру. Расчетная пластикационная способность дпл(кг/ч)
машины с учетом подготовки нужной массы полимера т за время пла-
стикации / находится из выражения
3600m
?пл =—----•
Чъп
Быстроходность машины определяется количеством холостых
циклов в единицу времени (за 1 ч), т. е.
Б = 3600 / /м,
где / - машинное время (это время смыкания, впрыска и размыкания
формы).
1.2.	Конструкции литьевых машин
Конструкция литьевых машин определяет процессы пластикации
и формования полимеров, возможность реализации различных техно-
логических режимов изготовления изделий, их качество, а также их
технико-экономические показатели. Конструкции литьевых машин весь-
ма разнообразны, но каждая из них включает основные узлы:
-	узел пластикации и впрыска, состоящий из устройства для дози-
рования материала, пластикации его в материальном цилиндре, а за-
тем впрыска за счет гидроцилиндра;
-	узел запирания, включающий устройство для перемещения лить-
евой формы, удержания ее в сомкнутом состоянии и выталкивания от-
ливки из полости формы;
-	аппаратуру для управления технологическими режимами;
-устройства, обеспечивающие безопасность работы (блокировки
механические, электрические).
Назначение механизма пластикации и впрыска состоит в вы-
полнении следующих технологических операций:
6* Ревяко М.М., Каспсрович О.М.
85

-	набор и пластикация дозы перерабатываемого материала;
-	впрыск расплава и выдержка его под давлением в форме до за-
твердевания материала в литнике.
Механизмы, осуществляющие эти технологические операции, мо-
гут быть конструктивно соединены или разобщены.
Наиболее современной и рациональной является схема червяч-
но-поршневой пластикации в одну линию, обеспечивающая высокую
точность дозирования и высокую производительность, простоту кон-
струкции и отсутствие мест застоя материала. Материал в червячных
пластикаторах этой конструкции находится в непрерывном движении
и поэтому непрерывно гомогенизируется. Прогрев материала осу-
ществляется не только за счет теплопередачи от нагретых стенок ци-
линдра, но и за счет диссипативных тепловыделений при трении ма-
териала и его деформировании.
При расположении механизмов пластикации и впрыска в одну ли-
нию (рис. 51) червяк выполняет две функции: пластицирует и накапли-
вает необходимую дозу расплава и впрыскивает ее в форму.
Рис. 51
Пластикационный цилиндр 1 укреплен на корпусе 9 механизма
впрыска с помощью полуколец 6 и гайки 5. Вращение червяка 3 осу-
ществляется от гидродвигателя 10 через червячную передачу /7, вал 8 и
муфту 7. Осевые нагрузки при работе червяка воспринимаются упор-
86

ным подшипником 14, установленном в поршне 15 гидроцилиндра 13.
Расплав нагревается электронагревателями 7; температура расплава кон-
тролируется датчиками термопар 2 с терморегуляторами. Шпильки 12
крепят гидроцилиндр 13 к корпусу 9.
Гранулированный материал проходит через загрузочное отвер-
стие А в зону загрузки червячного пластикатора и далее, продвигаясь
по червяку при его вращении, превращается в расплав. Доза расплав-
ленного материала скапливается в передней (сопловой) части пласти-
кационного цилиндра 7, а червяк под давлением, возникающим в дозе
материала, отходит вправо. При подаче жидкости из гидросистемы
машины в поршневую полость гидроцилиндра 13 поршень 15 пере-
двигается влево, сообщая осевое перемещение червяку 3, который
впрыскивает дозу расплава в полость формы.
Мощность привода /Vnp вращательного движения шнека можно оп-
ределить по зависимости:
N
пр 30 ’
где Мц- крутящий момент на валу червяка, Н-м;
п - частота вращения червяка, об/мин.
Кроме того, Мц можно ычислить по формуле
А/ч =<?<?„, 103,
где q - пластикационная производительность, кг/ч:
п -3600т/
^пл	//	’
/ 1пл
где т - необходимая масса полимера, кг;
t - время пластикации, ч;
с - коэффициент, учитывающий свойства полимера (с = 0,16-0,2).
Мощность поступательного движения шнека N (кВт) рассчиты-
вают из условия обеспечения необходимого для заполнения формы
давления литья и скорости поступательного движения шнека:
впр /Лв >
где Рн-давление, создаваемое насосом, МПа;
q^~ подача насоса, м3/с;
Г|в = 0,85-0,9 - КПД насоса и гидросистемы впрыска;
87

„ _ KtKpPS/
/sc
где ЛГ = 0,65-0,9 - коэффициент перегрузки в зависимости от типа
электродвигателя, давления и характера его изменения;
Рг| - давление литья, МПа;
Su, 5п-площадь шнека и поршня гидроцилиндра впрыска, м2.
Подачу насоса g , которая обеспечивает необходимую объемную
скорость течения расплава в системе сопло - форма или заданное вре-
мя впрыска (заполнения) Твпр, при номинальном объеме впрыска за
цикл 8н определяют следующим образом:
Q “ ^ут|^ут2^ст^п/ -	если известна О
~	g ~	-> если известна (у,
ш
или
7н - ^утЛутз^ст /г /4 ’ если известно т .
\/ гвпр ) /	ВПР
Здесь
Кут]Кст = К; К = 1,25;
/Cvt2 = 1,05 - коэффициент утечек гидрожидкости.
Таким образом, имеем
N = W.Q/ = ^пер^^^пр/.
впр	/г|	/Г| ’
„ _КЖ!,Кут2КР^/
Лл
Механизм запирания литьевой машины предназначен для пере-
мещения литьевой формы, а также для удержания ее в сомкнутом со-
стоянии при впрыске и формовании изделия. Конструктивные пара-
метры и кинетика прессовой части литьевой машины определяются
требуемой быстроходностью машины, технологическими параметра-
ми процесса и геометрическими характеристиками изделия. Скорость
смыкания-размыкания плит должна быть максимальной, а в конце хода
должна снижаться для предотвращения удара полуформ.
На практике разработано и применяется большое число различных
механизмов запирания, которые можно разделить на две группы: про-
стые и комбинированные. В простых конструкциях механизмы пере-
88

мещения плит и запирания формы совмещены, в комбинированных
перемещение плиты осуществляется одним механизмом, а другой со-
здает необходимое усилие смыкания формы (запирания).
По виду привода простые и комбинированные конструкции под-
разделяются на гидравлические, пневматические, гидромеханические,
пневмомеханические и механические. Гидравлические и пневматичес-
кие конструкции относятся к механизмам силового запирания, в кото-
рых усилие запирания является внешним по отношению к самому ме-
ханизму. Гидромеханические, пневмомеханические и механические
устройства являются механизмами кинематического запирания. В ме-
ханизмах этого типа усилие запирания развивается за счет упругой де-
формации звеньев, создаваемой приводом. После прекращения дей-
ствия силы, развиваемой ведущим звеном механизма, необходимое
усилие запирания сохраняется в виде внутренней силы, являющейся
результатом упругой деформации.
В современных конструкциях литьевого оборудования прессовые
части пневматического, пневмомеханического и механического типов
не нашли широкого применения из-за незначительности развиваемых
ими усилий запирания. В литьевых машинах с малым объемом впрыс-
ка применение механических узлов запирания может быть оправдано
ввиду их высокой быстроходности и малой энергоемкости.
Наиболее широкое распространение получили гидравлические и
гидромеханические конструкции.
Гидравлические механизмы осуществляют подвод плиты и за-
пирание формы с помощью одного или нескольких гидроцилиндров
без введения промежуточных механизмов, что повышает надежность
конструкции. Гидравлические механизмы позволяют легко регулиро-
вать расстояние между плитами, надежно предохранены от поломок и
перегрузок. К недостаткам гидравлических узлов запирания относится
их значительная металлоемкость и малая скорость смыкания формы
по сравнению с гидромеханическими конструкциями.
Прессовая часть литьевой машины (механизм запирания формы)
современной комбинированной гидравлической конструкции представ-
лена на рис. 52. В этом механизме неподвижная плита 12 выполнена
заодно с гидроцилиндром 1 и жестко связана колоннами 7 и гайками 9
с другой неподвижной плитой 8. Полый плунжер 2 прикреплен к про-
межуточной плите 4 защелкой 3.

Рис. 52
Ускоренное смыкание подвижной плиты 6 с неподвижной пли-
той 5 осуществляется двумя вспомогательными гидроцилиндрами 11
со штоками 10. При этом происходит вывод вспомогательного плунже-
ра 5 из полости плунжера 2.
После этого защелка 3 с помощью гидроцилиндра 13 закры-
вает промежуток между вспомогательным плунжером 5 и плунже-
ром 2. Усилие запирания (смыкания) формы, создаваемое затем гид-
роцилиндром 1 при подаче туда жидкости, от плунжера 2 через за-
щелку 3 и вспомогательный плунжер 5 передается подвижной
плите 6.
Полностью гидравлический механизм смыкания, обеспечивающий
большую жесткость, короткое время холостого хода и необходимую
плотность смыкания полуформ, представлен на рис. 53.
90

Рис. 53
Рабочая жидкость подается по внутреннему каналу поршня гидро-
цилиндра 3 ускоренного смыкания. Попадая в поршневую полость этого
цилиндра, рабочая жидкость воздействует на донышко гидроцили-
ндра 3 и перемещает поршень гидроцилиндра 4 запирания. При этом в
поршневой полости гидроцилиндра 4 создается разряжение, открыва-
ется клапан, и рабочая жидкость заполняет поршневую полость гидро-
цилиндра 4. Подвижная плита 2 с полуформой прижимается к непод-
вижной полуформе, закрепленной на неподвижной плите 1. Усилие
замыкания создается поступлением небольшого количества рабочей
жидкости в поршневую полость гидроцилиндра 4 при закрытом клапа-
не. Давление жидкости повышается до необходимого для создания тре-
буемого усилия замыкания полуформ.
Гидравлические механизмы запирания требуют более высоких зат-
рат на системы гидравлического и электрического управления.
Расчет гидравлического механизма запирания сводится к опреде-
лению диаметров и хода поршней главного и вспомогательного цилин-
дров, а также производительности насоса гидропривода.
Диаметр Dn поршня главного гидроцилиндра рассчитывается по
уравнению
где F - усилие запирания (смыкания);
91

р - давление жидкости в гидросистеме запирания, выбираемое в
пределах от 5 до 20 МПа.
Производительность Qh гидронасоса привода механизма смыка-
ния определяется из соотношения
о -v^DV
-	/4 ’
где Гэф - принятая скорость смыкания формы (для ускоренного
перемещения Г = 0,3-0,35 м/с, для замедленного перемещения Ифм =
= 0,04-0,05 м/с)* '
Диаметр плунжера d ускоренного перемещения подвижной пли-
ты определяется из условия обеспечения принятой скорости Г при
определенной производительности насоса:
В механизмах запирания гидравлического типа расчету на проч-
ность подлежат гидроцилиндры, колонны и плиты.
В механизмах запирания простой гидромеханической конструкции
усилие запирания формы и движение подвижной плите сообщаются от
гидроцилиндра через рычажную систему. Гидромеханические конст-
рукции позволяют получить значительные усилия запирания плит при
небольших усилиях, развиваемых гидроцилиндром привода. Это дает
возможность использовать в гидросистемах давления, значительно
меньшие, чем в гидравлических механизмах запирания.
Главными преимуществами гидромеханических устройств яв-
ляются: небольшие габариты и масса, малая металлоемкость; высокая
средняя скорость запирания; безударное запирание ввиду возможнос-
ти замедления скорости сближения форм перед их смыканием.
Рис. 54
92

Кинематические схемы гидромеханических устройств запирания
довольно разнообразны. На рис. 54 представлены конструктивная и
кинематическая схемы простого шестизвенного гидромеханического
механизма с качающимся гидроцилиндром 7, применяемого в литье-
вых машинах с усилием запирания до 1 МН.
Гидроцилиндр 1 через систему рычагов 3 и шарниров 4 перемещает
подвижную плиту 5. Гидроцилиндр 7 шарнирно закреплен на каретке 9,
которая вместе с системой рычагов может перемещаться по колоннам 8
при регулировании расстояния между плитами 5 и 7. Неподвижные пли-
ты 2 и 7 жестко связаны колоннами 8. Смыкание полуформ 6 осуществ-
ляется при подаче жидкости в штоковую полость гидроцилиндра.
На рис. 55 показана конструкция механизма замыкания с симмет-
ричным или сдвоенным коленно-рычажным узлом.
На конце штока 4 гидроцилиндра 5 закреплена поперечина с шар-
нирно закрепленными на ее концах тягами. В свою очередь, другим
концом тяги шарнирно крепятся с рычажной системой 3, которая на
шарнирах крепится к плитам 6 и 2. К плите 2 крепится подвижная по-
луформа, а к плите 7 - неподвижная. При подаче рабочей жидкости в
штоковую полость гидроцилиндра 5 шток 4 движется влево, рычажная
система 3 складывается, плита 2 с полуформой перемещается влево.
Форма раскрывается. Замыкание формы происходит при подаче рабо-
чей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра 5.
Рис. 55
93

Для коленчато-рычажных механизмов с неподвижным гид-
роцилиндром смыкания характерна возможность реализации минималь-
ного хода раскрытия литьевых форм. Важными показателями для них явля-
ются: отношение максимальной скорости размыкания vp к максимальной
скорости смыкания vc(vp/ vc ~ 2) и отношение минимального усилия раз-
мыкания FpK минимальному усилию смыкания Fc(Fp/0,5).
Отношение скоростей смыкания и размыкания при использовании
параллельной рычажной системы по сравнению с применением про-
стого коленчато-рычажного механизма в направлении раскрытия фор-
мы является величиной переменной. Оно проходит через максимум и в
конце раскрытия формы достигает минимума. Так как изменение от-
ношения усилий размыкания и смыкания носит обратный характер, то
к началу процесса смыкания наблюдаются большие ускорения.
Коленчато-рычажные механизмы смыкания потребляют на 15-20%
меньше энергии и рабочей жидкости по сравнению с гидравлическими
механизмами. Их недостатком является интенсивная изнашиваемость
шарнирных соединений и плохая воспроизводимость усилий смыкания.
Первый из указанных недостатков может быть частично устранен за счет
применения централизованной смазки; для улучшения же воспроизводимо-
сти установленных усилий смыкания используют регулирование давле-
ния жидкости в гидроцилиндре механизма смыкания.
Усилие запирания в узлах рычажной конструкции зависит от созда-
ваемого усилия на ведущем звене механизма, кинематики механизма,
конструкции узла его регулирования.
Рычажные конструкции рассчитывают в положении, когда литьевая
форма закрыта. В этом положении колонны и звенья рычагов испытывают
деформации: колонны (станина) растягиваются, а рычаги сжимаются.
94

Начальную длину /к колонн при соприкосновении полуформ можно
выразить через размеры механизма (рис. 56):
/K=/1cosal+/2cosa2+/n+/(t),
где /р /2, /п и /ф- длины первого и второго звеньев рычагов, плиты и
формы;
otj и сс2 - углы между звеньями рычагов и горизонтальной осью в
момент соприкосновения половин формы.
Упругое удлинение колонн
где F3 - усилие запирания формы, МПа;
Ек - модуль упругости материала колонн;
Sk - суммарная площадь сечения колонн, м2.
Упругое сокращение звеньев рычажного механизма
где Ер Е2, Еп и Еф - модули упругости первого и второго звеньев рыча-
гов, плиты и формы;
5р 5р 5п и - площади сечения первого и второго звеньев рыча-
гов, плиты и формы, м2.
Уравнение совместных деформаций запишем:
4 + ^4 — 4в— А4В >
где /зв - общая длина всех звеньев, м;
Д/зв - деформация звена.
После некоторых допущений и преобразований можно получить:
Относительная деформация всего рычажного механизма £ повы-
шается с увеличением углов oct и ос2 и соотношения При опреде-
ленных размерах звеньев и колонн развиваемое усилие тем больше,
чем больше углы и ос2 в момент соприкосновения полуформ. Если
угол ОС] > ос' (ос' - угол, на который рассчитан механизм), то колонны
будут деформировать больше и будет развиваться большее усилие за-
пирания (предполагается, что усилие привода ведущего звена доста-
точно для этого). Если 0Cj > ос', то усилие запирания будет меньше, чем
указано в паспорте машины.
95

Основные производители литьевых машин в СНГ - Хмельницкое
ПО «Термопластавтомат» (табл. 9, 10) и Одесское ПО «Прессмаш»
(табл. 11). Серии выпускаемых литьевых машин включают 15 типораз-
меров машин с усилием запирания 12,5-6000 кН. Это машины типов
ДЕ, ДК и ДП. Обозначение модели литьевой машины, например,
ДЕ 3727 расшифровывают следующим образом: Д - машина для про-
изводства изделий из неметаллов; Е - поколение машины; 37 - серия
машины, 27 - условное усилие запирания инструмента, соответствую-
щее 500 кН (30; 32; 34 и 38 - условное усилие запирания, соответству-
ющее 1000; 1600; 2500 и 6300 кН).
Управление литьевыми машинами электронное; машины с цикло-
вым программным управлением обозначают буквой «Ц», с числовым
программным управлением - буквой «Ф».
В марках моделей зарубежного производства в числителе указыва-
ют усилие запирания, в знаменателе - объем впрыска, приведенный к
давлению 1 МПа. Однако многие фирмы пользуются своим обозначе-
нием; например, в обозначении литьевой машины фирмы «Arbung»
(Германия) 221-50-250 цифры соответствуют расстоянию между колон-
нами в свету, приведенному объему отливки и усилию запирания инст-
румента.
В соответствии с ГОСТ 10767-87 предусмотрены следующие
исполнения машин, в зависимости от давления литья и объема впрыс-
ка: 1 - машины общего назначения; II - машины с повышенным давле-
нием литья и уменьшенным объемом впрыска; III - машины с пони-
женным давлением литья и увеличенным объемом впрыска.
Таблица 9
Параметры	Модель			
	ДЕ 3127. Ф1	ДЕ 3127- 63Ц1	ДЕ 3330. Ф1	ДЕ 3330- 125Ц1
Узел запирания				
Усилие запирания инструмента, кН	550	550	1150	1150
Расстояние между колоннами в свезу, мм: по горизонтали по вертикали	320 250	320 250	400 320	400 320
96

Окончание табл. 9
Параметры	Модель			
	ДЕ 3127. Ф1	ДЕ 3127- 63 Ц1	ДЕ 3330. Ф1	ДЕ 3330- 125Ц1
Размеры крепежных плит, мм (длина х х высота)	460x390	460x390	590x510	590x510
Высота инстру- мента, мм	140-250	140- 250	160-320	160-320
Максимальное рас- стояние между кре- пежными плитами, мм	500	500	640	640
Ход подвижной плиты при наибольшей вы- соте инструмента, мм	250	250	320	320
Узел пластикации и впрыска				
Диаметр D шнека, мм	36	36	40	40
Отношение D/L	15,1	18,5	15,7	15,7
Объем впрыска, см3	105	105	178	178
Объемная скорость впрыска, см3/с	75	75	105	97
Крутящий момент, Н-м	380	380	380	940
Пластикационная про- изводительность, кг/ч	60	60	72	72
Мощность привода шнека, кВт	13,6	13,6	17,3	17,3
Мощность электрона- гревателя, кВт	6,2	4,5	5,5	5,4
	Общие данные машины	i				
Число сухих циклов, мин-1	43	43	36	35
Суммарная установ- ленная мощность, кВт	17,5	15,5	20,5	20,4
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	3 500 1 010 1 900	3 490 1 000 1 825	4 050 1 000 1 940	4 050 1 000 1 865
Масса, кг	2 300	2 230	3 300	3 200
7 Ревяко М.М., Касперович О М.
97

Т аблица 1 О
Параметры	Модель				
	ДЕ 3132- 250Ц1	ДЕ 3334. Ф1	ДЕ 3121.1	ДЕ 3332 Ф1	
Узел запирания					
Усилие запирания ин- струмента, кН	1750	1750	125		1600
Расстояние между ко- лоннами в свету, мм: по горизонтали по вертикали	500 400	500 400	200 160		500 400
Размеры крепежных плит, мм (длина х высота)	756x656	756x656	290x250		756x656
Высота инструмента, мм	200-400	200-400	110-160		200- 400
Максимальное рас- стояние между кре- пежными плитами, мм	800	800	320		800
Ход подвижной плиты при наибольшей высо- те инструмента, мм	400	400	160		400
Узел пластикации и впрыска					
Диаметр D шнека, мм	50	50	22		50
Отношение D/L	14,6	14,6	18,5		14,6
Объем впрыска, см3	300	300	23		300
Давление литья, МПа	140	140	180		149
Объемная скорость впрыска, см7с	182	182	25		210
Крутящий момент, Нм	960	960	—		960
Пластикационная про- изводительность, кг/ч	125	125	25		135
Мощность привода шнека, кВт	33	33	6		33
Число зон обогрева	4	4	3		4
Мощность электрона- гревателя, кВт	9,5	9,5	1,5		10,8
98

Окончание табл. 10
Параметры	Модель			
	ДЕ 3132- 250Ц1	ДЕ 3334. Ф1	ДЕ 3121.1	ДЕ 3332 Ф1
Общие данные машины				
Число сухих циклов, мин-1	35	35	90	40
Суммарная установ- ленная мощность, кВт	31,5	31,5	7,0	32,8
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	4 500 1 250 1 950	4 500 1 250 1 950	2 530 800 1 800	4 600 1 500 1 975
Масса, кг	5 200	5 200	1 000	6 150
Кроме указанных моделей ПО «Термопластавтомат» выпускает
литьевую машину Д 3136-1 000.
Таблица 1 1
Параметры	Модель			
	Д3334. Ф1	Д 3136- 1000	Д 3138.2	ДЕ 3140.2
Узел запирания				
Усилие запирания ин- струмента, кН	2 500	4 000	6 300	10 000
Расстояние между ко- лоннами в свету, мм: по горизонтали по вертикали	500 500	630 630	800 800	1 000 1 000
Размеры крепежной плиты, мм	-	-	1260	-
Высота инструмента, мм	25-500	320-630	400- 800	50- 1000
Максимальное рас- стояние между кре- пежными плитами, мм	1 000	1 260	1 650	2 120
99

Окончание табл. 1 1
Параметры	Модель			
	Д3334. Ф1	Д3136- 1000	Д 3138.2	ДЕ 3140.2
Ход подвижной плиты при наибольшей высо- те инструмента, мм	500	630	850	1 120
Тип механизма запирания	2	1	1	1
	Узел пластикации и впрыска				
Диаметр D шнека, мм	60	90	100	125
Объем впрыска, см?	600	1 250	2 500	5 000
Давление литья, МПа	140	140	140	150
Объемная скорость впрыска, см 7с	250	465	600	680
Крутящий момент, Н-м	—	—	600	—
Пластикационная про- изводительность, кг/ч	200	375	435	550
Мощность электрона- гревателя, кВт	14,0	12,32	27,17	36,00
	 Общие данные машины				
Число сухих циклов, мин 1	29,0	14,3	12,5	7,5
Суммарная установ- ленная мощность, кВт	44,0	49,3	102	126
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	5 400 1 500 1 990	7 700 1 650 2 590	8 650 2 320 2 450	10 870 2 700 2 500
Масса, кг	8 950	18 200	30 000	45 000
Кроме вышеуказанного оборудования для переработки термо-
пластов литьем под давлением, ЗАО «Атлант» (г. Минск) выпуска-
ются термопластавтоматы модели БЗСТ, предназначенные для пе-
реработки различных термопластичных материалов с температурой
пластикации до 350°С. Оригинальная конструкция сочетает в себе
передовые достижения, применяемые при производстве термо-
пластавтоматов. Система управления, гидравлическая система, элек-
тронное оборудование, узел инжекции выполнены на уровне пере-
100

довых европейских компаний. Гидравлическая система основана на
регулируемом насосе с электронной системой управления и пропор-
циональной гидроаппаратурой, что обеспечивает бесступенчатое
регулирование скоростей и движений в необходимом диапазоне. Из-
носостойкий узел пластикации позволяет перерабатывать напол-
ненные композиции.
Рассмотрим конструкцию термопластавтоматов серии БЗСТ на
примере литьевой машины БЗСТ 125/250. Общий вид термопластав-
томата представлен на рис. 57.
Рис. 57
Основание 1 сваренной конструкции со встроенным гидробаком
опирается на восемь регулируемых опор, которые дают возможность
7* Ревяко М.М., Касперович О.М.
101

выставить термопластавтомат в горизонтальной плоскости. На основа-
нии / устанавливаются основные узлы термопластавтомата: узел замы-
кания 2 служит для замыкания литьевых форм и удержания их в процес-
се литья с заданным усилием. Для крепления литьевых форм на
подвижной и неподвижной плитах имеется сетка резьбовых отверстий
М16-7Н, приведенная в соответствии ГОСТ 10767-87.
Бункер 3 предназначен для накопления и подачи материала в пла-
стикационный цилиндр. Загрузка сырья в бункер производится пнев-
мотранспортом, вручную, транспортером. Гидроцилиндр 4 обеспе-
чивает перемещение узла пластикации и впрыска и поджим его к
форме.
Узел 5 пластикации и впрыска предназначен для набора необ-
ходимой дозы пластицируемого материала и впрыска его в литье-
вую форму. Гидрооборудование 6 предназначено для приведения в
движение и управления механизмами запирания литьевой формы,
подвода и отвода узла впрыска, управления клапаном сопла, набора
дозы, впрыска разогретого термопласта в литьевую форму, вытал-
кивания отливки из формы. Система 7 охлаждения необходима для
стабилизации технологического процесса литья деталей. Места под-
вода, отвода и расположения системы 7 охлаждения показаны на
рис. 57. Пульт управления 8 предназначен для задания параметров
рабочих режимов, задания и отмены цикла, контроля отработки уз-
лов и механизмов (диагностика, графика), сохранения параметров
техпроцессов по деталям в памяти (создания архива). Пульт состо-
ит из двух частей: верхней панели визуализации - монитор, нижней
панели управления - клавиатуры.
Узел замыкания (рис. 58) состоит из плиты несущей - неподвиж-
ной 7, которая жестко крепиться на основании и является передней
крышкой цилиндров запирания 3. В центре плиты есть отверстие
диаметром 100 Н7 для центрирования неподвижной части литьевой
формы.
В плите имеются каналы для подвода рабочей жидкости в цилинд-
ры запирания. Плита подвижная 2 перемещается по линейным направ-
ляющим качения. В центральной части плиты установлен выталкива-
тель 6, также имеется отверстие диаметром 100 Н7 для базирования
литьевой формы. Подвижная плита связана с несущей четырьмя што-
ками цилиндров замыкания.
102

Рис. 58
Цилиндр замыкания (рис. 59) служит для запирания литьевой фор-
мы с заданным усилием и удержания ее в процессе литья. Цилиндр
замыкания имеет шток-поршень 5, который перемещается в гильзе 7,
установленной между плитой несущей 8 и опорной 9, и зафиксирован
четырьмя шпильками 75 (М24).
Рис. 59
Цилиндр быстрого подвода форм крепится на плите опорной 9 вин-
тами 15 и служит для быстрого перемещения подвижной плиты при
закрытии и раскрытии формы. Для развоздушивания цилиндра при за-
полнении гидросистемы в передней и задней крышках имеются проб-
ки 4. Плавность трогания в начале хода и торможения в конце хода
обеспечивают встроенные втулки торможения 2.
103

В штоке имеется канал Л управления обратным клапаном 6. Канал Б
служит для перелива масла из штоковой полости в бесштоковую и об-
ратно при ускоренном перемещении подвижной плиты.
В передней направляющей втулке 10 установлено шевронное уп-
лотнение, которое дает возможность в процессе эксплуатации произ-
водить подтяжку уплотнения. Усилие замыкания передается на плиту
подвижную через гайки /7.
При быстром подводе подвижной плиты клапан 6 отведен пружи-
ной и обе полости цилиндра соединены каналом Б, по которому рабочая
жидкость перетекает из поршневой полости в штоковую, избыток - по
каналу В в бак 12.
При запирании подается давление по каналу А - клапан 6 закрыва-
ется, давление подается по каналу Г и создается давление запирания.
Перед раскрытием формы происходит сброс давления в каналах А
и Г, пружиной открывается клапан 6 и масло перетекает в поршневую
полость цилиндра по каналу Б, а недостающий объем засасывается из
бачка 12 в верхние цилиндры замыкания и из бака гидростанции через
клапана 8 в нижние цилиндры.
Выталкиватель 6 (рис. 58) устанавливается на подвижной плите и слу-
жит для удаления готовых деталей из литьевой формы. Выталкиватель
(рис. 60) состоит из цилиндра 7, который установлен на четырех стерж-
нях 2 на обратной стороне подвижной плиты. Шток соединен с плитой 3,
на которой установлены четыре боковых толкателя 4 и центральный 5.
6/ /4
'Часть Б
Рис. 60
104

При сборке торцы толкателей выставляются в одну плоское!ь под-
гонкой компенсаторов б, поэтому при демонтаже необходимо толка-
тель и компенсатор маркировать и использовать совместно. Централь-
ный толкатель 5 состоит из двух частей А и Б. Часть Б может быть
изготовлена по указанным заказчиком размерам, необходимым для сты-
ковки с устанавливаемой литьевой формой.
Контроль задания величины хода выталкивателя осуществляется
при помощи индуктивных датчиков 8, 9, 10, установленных на ли-
нейке 7. Выталкиватель может работать в следующих режимах: с по-
стоянной скоростью при ходе 0-120 мм, с замедлением в конце хода
по датчику 10, при ходе 0-120 мм.
Рейка безопасности 7 (рис. 58) предназначена для механической
блокировки плиты подвижной при отказе электрической и гидравли-
ческой блокировок. Время срабатывания механической блокировки
зависит от позиции, в которой находится рейка относительно упора в
момент открытия ограждения. Рейка безопасности (рис. 61) состоит из
зубчатой рейки /, которая крепится через планку 2 к подвижной плите,
поворотного упора 3, который через систему рычагов при закрытом
ограждении поднят и не касается поверхности рейки. При открытии
ограждения зоны замыкания формы, рычаг 4 поворачивается по часо-
вой стрелке и освобождает через тягу 5 упор 3, который под собствен-
ным весом опускается на рейку или в паз рейки.
Рис. 61
Бункер (рис. 62) предназначен для накопления и подачи материала
в пластикационный цилиндр. Воронка / имеет емкость 50 л. Патру-
бок 2 с направляющими служит для выброса материала из бункера.
105

Воронка смонтирована на ползуне 3 с ручкой. Под воронкой установ-
лен магнитный фильтр 4, предназначенный для извлечения ферромаг-
нитных включений из сырья при его просыпании через магнитную ре-
шетку.
При замене материала, когда возникает необходимость удалить
материал из бункера необходимо закрыть задвижку 5, чтобы мате-
риал не попадал в пластикационный цилиндр, сдвинуть бункер к выг-
рузочному патрубку, высыпать материал в какую-нибудь емкость.
После этого необходимо оставшийся материал прогнать через ци-
линдр. Для контроля уровня материала в бункере служит смотровая
щель 6.
Рис. 62
Узел пластикации и впрыска (рис. 63) включает в себя цилиндр пла-
стикации 7, механизм 2 набора дозы и впрыска. Эти элементы крепят-
ся на столе 3, механизм управляем запирающим клапаном сопла 4.
Стол 3 перемещается по плоским направляющим, смазываемым через
пресс-масленки. Контроль конечного положения стола осуществляет-
ся конечным выключателем 5. Перестановкой фишки 6 по линейке 7
задается величина отвода механизма в цикле.
В пластикационном цилиндре (рис. 64) происходит транспорти-
ровка, плавление, сжатие, смешивание и выдавливание материала в
форму.
106

Рис. 63
1	76813
А
10 5 4 А
положение клапана
при наборе дозы
з Х2 2
Рис. 64
положение клапана
При вращении шнека 7, материал, проходя по цилиндру / (из-за
разности коэффициентов трения материал - цилиндр, материал - шнек),
нагревается под действием нагревателей 6 и переходит в вязко-текучее
состояние, проходит через втулочный, или шариковый механизм, на-
капливается перед торпедой 4 шнека и создает давление, которое от-
водит шнек назад (вправо).
При осуществлении впрыска клапан 3 плотно прижимается к
кольцу 2 и не позволяет материалу перетекать в обратном направле-
107

нии. Нормальная и стабильная работа этого уплотнительного уст-
ройства оказывает большое влияние на точность дозы при впрыске.
Для предотвращения утечки пластицируемого материала в процес-
се дозировки служит сопло 10 с игольчатым клапаном 5. Открытие
и закрытие клапана производится механизмом 4 управления кла-
паном.
Материал нагревается при помощи ленточных нагревателей, охва-
тывающих цилиндр пластикации. Цилиндр пластикации подлине име-
ет четыре зоны нагрева. Температура нагрева каждой зоны задается
индивидуально в зависимости от технологии изготовления отливаемой
детали.
Температура нагрева измеряется при помощи термопар 8 и ре-
гулируется автоматически. Для уменьшения передачи тепла к меха-
низму впрыска на цилиндре установлена охлаждающая рубашка 9.
Охлаждение производится проточной водой, подводимой от цехо-
вой системы водоснабжения. Максимальная температура охлажда-
ющей рубашки задается с пульта (в зависимости от перерабатывае-
мого материала) и контролируется термопарой 13. При достижении
этой температуры - системой управления подается предупреждаю-
щий сигнал и происходит отключение обогрева пластикационного
цилиндра.
Механизм впрыска (рис. 65) состоит из гидромотора, вала, со-
единяющего мотор и шнек-поршень, а также двух гидроцилиндров
впрыска. Набор необходимой дозы материала происходит при вра-
щении шнека 4. Он приводится во вращение при помощи высокомо-
ментного радиально-поршневого нерегулируемого гидромотора 1
через соединительный вал 2. Под давлением пластицируемого мате-
риала. нагнетаемого вращающимся шнеком в переднюю часть цилин-
дра. шнек-поршень перемещается вправо. Величина набираемой дозы
швиси г от величины перемещения шнека в осевом направлении - ход
шнека.
Перед впрыском необходимой дозы открывается игольчатый кла-
пан механизмом управления клапаном и с помощью двух гидроцилин-
дров 3 происходит впрыск материала в форму по программе с выдерж-
кой под давлением в конце цикла. После этого происходит закрытие
игольчатого клапана и начинается цикл набора дозы.
Регулировать процессы формования можно изменением скорости
течения полимера при заполнении формы путем изменения скорости
108

впрыска (скорости перемещения шнека). Скорость (мм/с) перемещения
шнека задается на отдельных участках перемещения шнека. Изменение
скорости перемещения шнека (заполения) позволяет регулировать дав-
ление в форме и его распределение по длине формы в период ее запол-
нения.
Рис. 65
Гидравлическая система с насосом фирмы «Rexrot» и систе-
мой регулирования с обратной связью обеспечивает точное управ-
ление подачей насоса и давлением. Это позволяет уменьшить зат-
раты на обслуживание гидравлических блоков управления,
уменьшить потребление энергии, стабильно управлять скоростя-
ми перемещения механизмов независимо от температуры масла,
гарантировать высокую надежность гидросистемы, простоту об-
служивания.
Система управления термопластавтоматом основана на контролере
S7-300 Siemens. Она включает экран TFT с разрешением 640 х 480 то-
чек; 23 операционных экрана; графики температур, скорости и давле-
ния впрыска, анимационное представление состояния ограждений, по-
ложение шнека и движение формы, данные по плановому заданию и
изготовленной продукции; функцию мониторинга и оповещения о сбо-
109

ях; встроенный дисковод, позволяющий загружать параметры с других
термопластавтоматов; самодиагностику; произвольно программируемый
цикл машины; встроенные часы с функциями включения предваритель-
ного обогрева.
На термопластавтомате предусмотрена механическая, гидравли-
ческая и электрическая блокировка подвижных щитов ограждения
зоны замыкания с целью защиты оператора от травм во время техни-
ческого обслуживания или замены формы. При открытии одного из
двух щитов ограждения зоны запирания происходит электрическая,
гидравлическая и механическая блокировка перемещения подвижной
плиты на закрытие формы. Нагревательные элементы закрыты кожу-
хом. Зона касания сопла закрыта прозрачным щитом с электрической
блокировкой.
Технические характеристики термопластавтоматов, выпускаемых
ЗАО «Атлант» (г. Минск), представлены в табл. 12.
Таблица 1 2
Параметр	Модель		
	БЗСТ125/450	БЗСТ250/680	БЗСТ450/1700
Узел запирания			
Усилие замыкания (шах), тонн	140	250	490
Ход подвижной плиты (max), мм	450	750	1150
Размер крепежа, мм	710x710	710x710	1020x1020
Высота литьевой формы (min-max), мм	180-450	250-750	290-700
Расстояние между колоннами в све- ту, мм	460	630	665
Ход выталкивателя (max), мм	120	200	180
Усилие выталкива- ния, кН	45	60	100
НО

Окончание табл. 12
Параметр	Модель		
	БЗСТ125/450	БЗСТ250/680	БЗСТ450/1700
Узел пластикации и впрыска			
Объем впрыска (шах), см3	254	680	1700
Диаметр шнека, мм	45	60	75
Давление впры- ска, бар	1800	1778	1740
Отношение L /D,	20	22	22
Число оборотов шнека, об/мин	8-320	10-250	65-210
Скорость впрыска (шах), см3/с	135	263	473
Усилие прижима сопла (max), кН	54	НО	172
Ход узла впрыска (max), мм	310	500	600
Мощность нагрева цилиндра, кВт	12,6	21	20
Общие данные			
Общая установлен- ная мощность, кВт	42,6	66	75
Мощность гидро- привода, кВт	30	45	55
Объем масла, л	500	550	900
Масса нетто, кг	6800	6800	18000
Габаритные раз- меры, мм: длина высота ширина	4380 1386 2400	5800 2600 2250	6250 2650 1800
Из зарубежных термопластавтоматов на предприятиях Республи-
ки Беларусь нашли применение машины немецкой фирмы «ДЕМАГ
ЭРГОТЕХ» серии EXTRA. Технические характеристики их моделей
приведены в табл. 13.
111

Т абл ица 1 3
Параметр	Ergotech 25 EXTRA	Ergotech 35 EXTRA	Ergotech 50 EXTRA
Узел смыкания	25	35	50
Усилие смыкания, кН	250	350	500
Размер плит, мм	390x390	390x390	480x480
Расстояние между			
колоннами, мм	280x280	2802x80	355x355
Узел впрыска	80	80	115	200	310
Диаметр шнека, мм	18 22	25	18 22	25 22 25 30	25 30 35 30 35 40
Рабочий объем			
цилиндра, см3	28 42	54	28 42 54 48 61	88	61 106 144 106 168 220
Давление впрыска, бар	2738 1833 1420	2738 1833 1420 2441 1890 1313	2752 1995 1466 2755 2024 1550
Скорость впрыска, см 7с	37	55 71	65 100 130 60 80 110	70 90 130 70 90 120
Общие данные	25-80	35-80	35-115	50-200	50-310
Насосный агрегат, кВт	5,5	7,5	7,5	11,0	11,0
Установленная			
мощность, кВт	10	12,0	13,8	16,7 19,3 20,4	19,3 20,4 22,1
Объем масляною бака, л	120	120	120	135	135
Вес машины, кг	1550	1550	1600	2400	2485
Габаритные размеры			
(дхшхв), м	2,65x1,04x1,65	3,05x 1,06x 1,65	3,05 x 1,06x 1,65	3,79x1,15x1,99	3,79x1,15x1,79
Параметр	Ergotech 80 EXTRA	Ergotech 100 EXTRA	Ergotech 110 EX TRA
Узел смыкания	80	100	110
Усилие смыкания, кН	800	1000	1100
Размер плит, мм	540x540	540x540	670x670
Расстояние между			
колоннами, мм	400x400	400x400	470x470
Узел впрыска	310	430	310	430	430	600
Диаметр шнека, мм	30 35 40 35 40 45	30	35	40	35	40	45	35	40	45	40	45	50
Рабочий объем			
цилиндра, см3	106 168 220 168 231 293	106 168	220 168 231 293	168	231 293	231 322	398

Ревяко М.М., Касперович О.М.
Окончание табл. 1 з
Параметр	Ergotech 80 EX I RA	Ergotech 100 EXTRA	Ergotech 110 EXTRA
Давление впрыска, бар Скорость впрыска, см 7с	2755 2024 1550 2640 2025 1600 80 ПО 150 80 110 140	2755 2024 1550 2640 2025 1600 120 160 210 120 160	200	2640 2025 1600 2420 1910 1550 120 160 205	130 170 210
Общие данные Насосный агрегат, кВт Установленная мощность, кВт Объем масляного бака, л Вес машины, кг Габаритные размеры (дхшхв), м	80-310	80-430 15	15 23,3 24,4 26,1 24,4 26.1 26.3 180	180 3750	3800 4,04x1,27x1.81 4.13x1,27x1,81	100-310	100-430 18.5	18,5 26,8 27,9 29,6	27,9 29.6 29.8 180	180 3820	3850 4,04x1,27x1,81	4,13x1,27x1.81	110-430	110-600 18.5	18,5 27,9 29,6 29,8 29,6 29,8 34.2 220	220 5550	5600 4,6x1,5x2.0	4,6x1,5x2,0
Параметр	Ergotech 125 EXTRA	Ergotech 150 EXTRA	Ergotech 200 EXTRA
Узел смыкания Усилие смыкания, кН Размер плит, мм Расстояние между колоннами, мм	125 1250 705x700 475x475	150 1500 770x770 520x520	200 2000 860x860 580x580
Узел впрыска Диаметр шнека, мм Рабочий объем цилиндра, см3 Давление впрыска, бар Скорост ь впрыска, см 7с	430	600 35 40 45	40 45 50 168 231 293 231 323 399 2640 2020 16002420 1910 1550 112 146 185 122 154 191	430	600 35 40 45	40 45 50 168 231 293 231 323 399 2640 2020 16002420 1910 1550 142 185 234 155 196 242	600	840 40	45	50	45	50	60 231	323	399	358	442	636 2420	1910	15502402	1946	1351 193	244	301	173	209	330
Общие данные Насосный агрегат, кВт Установленная мощность, кВт Объем масляного бака л Вес машины, кг Габаритные размеры (дхшхв), м	125-430	125-600 18,5	18.5 28 30 30 30 30 34 220	220 5300	5350 4,9x1,5x2.0 4,9x1,5x2,0	150-430	150-600 22	22 31 33 33	33 33 38 220	220 6350	6400 5.3x1.5x2.0	5.3x1,5x2.0	200-600	200-840 30	30 41 41 46	43 45 53 220	220 7800	8200 5,4x1.7x2.1	5,4x1,7x24

Для литья двухцветных изделий применяют в основном машины с
червячной пластикацией. При этом предусматривается четкое разделе-
ние материалов различной окраски: материал первого цвета впрыски-
вается в форму ограниченного объема, где отливается первая часть из-
делия, а затем в другую форму отливается материал второго цвета и
сваривается с заранее отлитой частью.
На рис. 66 представлена схема литьевой машины для литья двухцвет-
ных изделий с четким разделением цветов. Из материального цили-
ндра 6 материал одного цвета впрыскивается в одну из форм, при этом
отливается часть изделия 5.
Рис. 66
После разъема формы эта часть изделия вместе с полуформой 4
переносится в другую форму 8, где из материального цилиндра 7 впрыс-
кивается материал, образующий часть изделия 9.
Плита 3 с установленными на ней полуформами 4 поворачивается
гидромеханическим устройством /, закрепленным на подвижной пли-
те 2. Материальные цилиндры обычно располагают параллельно или
так, что инжекция из одного цилиндра осуществляется в плоскость разъе-
ма формы, а из другого цилиндра - в перпендикулярном направлении
через центральный литник.
2.	ЭКСТРУДЕРЫ И АГРЕГАТЫ НА ИХ ОСНОВЕ
2.1.	Сущность экструзии
Экструзия - технологический процесс, сущность которого состоит
в превращении материала в непрерывное изделие с поперечным сече-
114

нием необходимой формы путем продавливания материала через фор-
мующий инструмент-головку. Выдавливание как технологический про-
цесс применяется для продавливания пленок, листов, труб, профилей,
наложения изоляции на провода и др. Экструдеры также используются
для смешения, пластикации, гранулирования, окрашивания.
От загрузочного бункера при вращении червяка гранулы матери-
ала перемещаются внутри каналов червяка. В результате трения меж-
ду материалом и поверхностями цилиндра и червяка, а также за счет
подвода тепла от электронагревателей цилиндра материал по мере про-
движения к головке плавится, сжимается, переходит в вязко-текучее
состояние и, пройдя сетку и решетку, выдавливается через профили-
рующую головку.
Для перемещения материала вдоль цилиндра необходимо, чтобы
его трение о стенки цилиндра было большим, чем о поверхность чер-
вяка. Если это требование не выполняется, то полимер будет вращать-
ся вместе с червяком, не продвигаясь в осевом направлении. Самосто-
ятельно экструдеры, как правило, не эксплуатируются, а входят в состав
специализированных агрегатов, состоящих из ряда машин, работаю-
щих согласованно. Например, агрегат для производства труб вклю-
чает в себя помимо экструдера охлаждаемые ванны, тянущее устрой-
ство, маркирующее устройство, отрезное устройство, намоточное уст-
ройство.
2.2.	Общее устройство и работа одночервячного экструдера
Любой экструдер включает в себя следующие узлы: загрузочный
бункер, рабочие органы - червяк и цилиндр, привод червяка, узел упор-
Г
Рис. 67
ного подшипника.
Кинематическая схема од-
ночервячного экструдера пред-
ставлена на рис. 67. От электро-
двигателя / крутящий момент
через редуктор 3 передается на
червяк 4, который находится в
цилиндре 2. Упорный подшип-
ник 5 воспринимает возникаю-
щие при работе экструдера си-
ловые нагрузки.
115

Принципиальная схема одночервячного экструдера для переработ-
ки термопластов представлена на рис. 68.
Основным органом одночервячного экструдера (рис. 68) является
обогреваемый материальный цилиндр 7, внутри которого вращается
червяк 2. Загрузка перерабатываемого материала производится с по-
мощью загрузочного устройства 3, конструктивное оформление кото-
рого определяется состоянием и формой частиц перерабатываемого
материала. Формующий инструмент 4 устанавливается на выходе из
материального цилиндра 7, обогреваемого при помощи нагревате-
лей 5. Привод червяка, закрепленного в опорном узле 6, осуществляет-
ся от электродвигателя 7 через редуктор 8 и муфту 9.
Рис. 68
В процессе переработки исходный материал из загрузочного устрой-
ства поступает в червяк и перемещается в осевом направлении в винто-
вом канале червяка, образованном внутренней поверхностью материаль-
ного цилиндра и нарезкой червяка. При движении материал уплотнятся,
расплавляется, происходит удаление воздуха и гомогенизация расплава,
развивается давление, под действием которого подготовленный расплав
продавливается через формующий инструмент. Таким образом, в одно-
червячном экструдере в направлении движения материала могут быть
выделены зоны: питания (загрузки), плавления (пластикации), дозирова-
ния (выдавливания) длиной Ап,Л]п, А§соответственно (см. рис. 68). В ряде
случаев для экструдеров специального назначения могут быть выделены
зоны дегазирования, смешения, диспергирования и т. д.
116

В зоне питания происходит прием перерабатываемого материала и
его перемещение в направлении зоны плавления и уплотнения. Для по-
вышения производительности зона загрузки выполняется с большим
объемом винтового канала червяка, а также используются устройства
для принудительной запитки экструдера.
В зоне плавления происходит расплавление полимера, его уплотне-
ние и удаление воздушных включений. Для эффективного проведения
указанных процессов, канал червяка в зоне плавления выполняется с по-
степенно уменьшающимся объемом канала Я, т. е. > Н2 (см. рис. 68).
В зоне дозирования происходит гомогенизация расплава и развива-
ется давление, под действием которого расплав продавливается через
формующий инструмент.
Червяки, диаметр D которых может быть от 20 до 500 мм и более,
характеризуется геометрией (профилем) поперечного сечения канала,
длиной нарезки, шагом t, степенью сжатия i и числом заходов нарезки.
2.3.	Классификация экструдеров
Экструдеры и агрегаты на их основе отличаются большим разно-
образием конструкций и типов и могут быть классифицированы по кон-
структивно-технологическим и конструктивным признакам.
Конструктивно-технологические признаки должны обеспечить опти-
мальные условия протекания технологических процессов, которые реали-
зуются на данной машине, а также согласованность работы экструдера с
другими машинами, образующими конкретную технологическую линию.
Необходимо отметить, что основным конструктивно-технологичес-
ким показателем экструдеров является диаметр червяка, который опре-
деляет производительность, потребляемую мощность и др. Рекомендуе-
мый ряд диаметров D червяков следующий: 20,25,32,45,63,125,160,200,
250,320,400 мм.
Длину червяка принято характеризовать отношением L/D, где А - дли-
на винтовой нарезки червяка. Необходимая длина определяется длитель-
ностью протекания того процесса, который определяет сущность данно-
го вида обработки. Для машин по переработке пластмасс рекомендуемые
значения следующие: 15,20,25,30,35.
По числу червяков в цилиндре машины они делятся на одночервяч-
ные и многочервячные. Многочервячные (в основном - двухчервяч-
8* Ревяко М.М., Касперович О.М.
117

ные) машины используют при переработке порошкообразных материа-
лов, а также композиций на их основе.
Эффективно применение таких машин в процессах смешения и
дегазации.
Технологические линии на базе экструдеров могут разделяться на
следующие: агрегаты для гранулирования; агрегаты для производства
профильных изделий; агрегаты для производства пленок; агрегаты для
производства выдувных изделий; линии для производства листов и лент;
агрегаты для производства труб; линии для нанесения изоляции на ка-
бели и провода.
Конструктивные признаки включают в себя следующие пока-
затели:
- компоновка узлов машины, наиболее часто встречающийся ва-
риант представлен на рис. 68. Основное требование к компоновке -
это удобство обслуживания при эксплуатации. Машинист экструде-
ра во время работы чаще всего имеет дело с бункером - это перио-
дическая загрузка материала, проверка непрерывности подачи ма-
териала в цилиндр. Удобно эти работы выполнять, если бункер
расположен на высоте до 1,8 м. Обслуживание формующей голов-
ки, ее монтаж/демонтаж, контроль качества поверхности экструда-
та, смена фильтрующих сеток также постоянная задача оператора.
Выполнять эти работы удобно, если головка расположена на высоте
до 1,2 м;
-удобство демонтажа узлов при ремонте, т. е. важен легкий дос-
туп к основным узлам экструдера.
По способу поддержания и регулирования температуры в цилин-
дре различают машины с паровым, масляным обогревом (переработка
эластомеров); с электрическим обогревом (омическим или индукцион-
ным); а также с водяным и воздушным охлаждением. При переработке
термопластов чаще всего используется электрообогрев, охлаждение
водяное и воздушное.
По типу привода могут быть выделены машины: с электродвигате-
лями постоянного тока, оснащенные различными схемами регулирова-
ния и стабилизацией частоты вращения; с электродвигателями перемен-
ного тока с частотными преобразователями.
Основные параметры пластицирующих одночервячных экструде-
ров, регламентированные ГОСТ 14773-83, приведены в табл. 14.
118

Тип экструдера	Диаметр червяка, мм	LI D	Частота вращения червяка (max), об/мин	Мощ- ность привода червяка, кВт	Мощ- ность нагрева- теля, кВт	Произво- дитель- ность по ПЭ, кг/ч	Масса пресса, т
ЧП 45x20	45	20	180	И	7	46	1,26
ЧП 45x25	45	25	300	19	7	80	1,36
ЧП 63x20	63	20	150	25	8	90	1,65
ЧП 63x25	63	25	180	32	19	140	2,19
ЧП 63x30	63	30	220	42	18	160	2,26
ЧП 90x20	90	20	125	55	19	185	2,98
ЧП 90x25	90	25	160	75	22	260	3,6
ЧП 90x30	90	30	160	75	22	300	3,65
ЧП 125x25	125	25	85	100	35	300	5,0
ЧП 160x20	160	20	80	160	36	550	8,75
ЧП 200x20	200	20	70	250	59	1100	13,89
ЧП 2-90x12	90	12	15	13	13	83	2,90
ЧП 2-90x15	90	15	30	19	16	180	3,05
ЧП 2-125x12	125	12	20	32	20	203	5,08
Примечание. Экструдеры ЧП 2-90x12, ЧП 2-90x15, ЧП 2-125x12 - двухчервячные, остальные - одночервячные.

2.4.	Функциональные зоны канала червяка
Качество выходящего из цилиндра расплава, производительность
машины и затрачиваемая на вращение червяка мощность непосредствен-
но зависят от силового взаимодействия материала с рабочими поверхно-
стями червяка и цилиндра, а также от обусловленного этим взаимодей-
ствием механизма движения и прогрева материала в канале червяка.
В обычной пластицирующей машине полимерный материал, пере-
мещаясь по каналу червяка, проходит через 3 состояния: вначале - это
твердый материал, затем - смесь расплава и твердого материала и, на-
конец, расплав. Для соответствующих этим состояниям участков кана-
ла (функциональных зон) приняты соответствующие названия: зона
питания, или зона загрузки; зона пластикации, или зона плавления, или
переходная зона; зона расплава, или зона дозирования.
В зоне питания материал в виде гранул из загрузочного окна 1 сво-
бодно просыпается на винтовую поверхность 2 нарезки червяка и ска-
тывается с нее под воздействием силы тяжести (рис. 69). При указан-
ном стрелкой направлении вращения поверхность 2 перемещается вверх
вместе с частицами, которые, продолжая ссыпаться с нее, в итоге сме-
щаются влево. Таким образом, движущей силой процесса транспорти-
рования материала является преимущественно сила его веса.
Рис. 69
Свободному перемещению материала в канале препятствует сопро-
тивление на выходе из цилиндра (например, в виде каналов головки),
120

вследствие чего практически на всей длине червяка материал полнос-
тью заполняет канал и в нем развивается давление. Показанная на рис. 69
очередная порция материала, переместившись вдоль по цилиндру на
небольшую длину, примерно равную первому шагу нарезки, встречает
материал предыдущих порций (уже уплотнившийся и полностью запол-
нивший канал) и присоединяются к нему.
В этой части канала вследствие развивающегося в уплотняемом
материале давления на поверхности его контакта с червяком и цилинд-
ром возникает сила трения. Положительные разности между силами
трения в парах материал - цилиндр и материал - червяк являются основ-
ной движущей силой транспортирования материала на участке уплот-
ненного твердого материала-это первое отличие движения уплотнен-
ного материала от движения рыхлого материала под загрузочным окном.
Второе отличие состоит в том, что уплотненные частицы уже не могут
свободно смещаться (пересыпаться) друг относительно друга и двига-
ются в канале как монолитная масса (пробка).
Приближенное представление о механизме движения уплотнен-
ного материала можно получить, сравнив его с гайкой, навинченной
на винт - червяк. Если гайка не соприкасается ни с чем кроме винта,
то при вращении его она начинает вращаться вместе с ним. Если же
препятствовать повороту гайки, то она начинает перемещаться вдоль
по оси винта поступательно, скользя по его нарезке. Повороту гай-
ки - материала в рассматриваемом случае препятствует контактиру-
ющая с ним поверхность цилиндра, однако она не может полностью
исключить вращательное движение материала, так что расстояние,
на которое смещается полимер за один оборот червяка, несколько
меньше шага нарезки. Чем меньше отмеченная разность сил трения,
тем больше величина этого смещения, тем, следовательно, больше
производительность зоны питания и больше создаваемый ею напор-
ный эффект, способствующий транспортированию материала в пос-
ледующих зонах.
С целью увеличения производительности стремятся различными
способами коэффициент трения пары материал - цилиндр увеличить,
а пары материал - червяк уменьшить. Имеется несколько приемов для
выполнения этого условия.
1.	Поверхность цилиндра в зоне загрузки выполняют шероховатой,
делают мелкие продольные канавки, а поверхность червяка тщательно
шлифуют.
121

2.	Известно, что коэффициент трения у большинства полимеров зна-
чительно возрастаете повышением температуры Т(нисходящие ветви кри-
вых у(Г) соответствуют уже началу плавления полимера у поверхности
скольжения и нарушению режима сухого трения). В связи с этим стараются
поддерживать температуру цилиндра в зоне питания в соответствующей
области максимума функции fiT) - как правило, в пределах 80—100°С.
Давление р, развивающееся в канале на выходе из зоны питания
создает усилие, действующее на материал этой зоны в направлении,
противоположном направлению его движения. В противоположность
разности сил трения, являющейся движущей силой F, сила, создавае-
мая давлением, является силой сопротивления движению F. Чем мень-
ше F по абсолютной величине и по сравнению с F, тем больше про-
изводительность зоны, и тем в меньшей степени самопроизвольные,
неконтролируемые пульсации давления сказываются на производитель-
ности Q. В этом случае говорят, что напорно-расходовая характеристи-
ка, т. е. функция Q(p) обладает достаточной жесткостью.
Чтобы обеспечить достаточную жесткость напорно-расходовой
(рабочей) характеристики зоны, стремятся увеличить Гд по отношению
к F. Два возможных способа увеличения F рассмотрены выше.
3.	Движущая сила процесса Лд есть результирующая баланса сил
трения и, следовательно, представляет собой произведение давления в
канале на коэффициент трения и на площадь поверхности трения, ко-
торая пропорциональна длине зоны. Величина же F есть произведе-
ние давления на площадь поперечного сечения канала и, следователь-
но, от длины зоны не зависит. Таким образом, удлиняя зону, можно
увеличить F^ по сравнению с F, обеспечивая тем самым большие
значения Q и большую жесткость характеристики Q(p). У большинства
универсальных червячных пластикаторов длина зоны питания состав-
ляет (4-6) D.
Работа сил трения скольжения материала по стенкам канала пре-
вращается в тепло, выделяющееся на поверхности и вызывающее на-
грев как полимера, так и стенок канала. При этом температура стенки
цилиндра может превысить температуру, соответствующую максиму-
му упомянутой функции flT). Это приведет к резкому уменьшению сил
трения на поверхности цилиндра, препятствующей вращательному дви-
жению материала, и, следовательно, к уменьшению производительнос-
ти. Во избежание этого избыточное количество генерируемого на по-
верхности тепла отводят, оснащая часть цилиндра, соответствующую
122

зоне питания, каналами охлаждения. Поддержание оптимальной темпе-
ратуры цилиндра осуществляют регулированием расхода охлаждающей
воды в каналах охлаждения.
В зону пластикации пробка твердого материала попадает из зоны
питания по винтовому каналу. Температура цилиндра в этой и
следующей зонах, значительно выше температуры плавления мате-
риала.
Механизм перехода термопластов в вязкотекучее состояние в этой
зоне можно наглядно представить, рассмотрев картину транспортиро-
вания в обращенном движении, т. е. предположив, что червяк неподви-
жен, а цилиндр вращается с окружной скоростью ъ, равной реальной
скорости гребня нарезки червяка. Зона пластикации охватывает несколь-
ко витков канала, поэтому представим эту зону канала развернутой на
плоскости.
Рис. 70
Развертка имеет следующий вид (рис. 70). Плоский прямоугольный
канал 7 накрыт плоской крышкой 8 (рабочей поверхностью цилиндра),
смещающейся под углом ср по отношению к продольной оси канала z со
123

скоростью о (здесь ср-угол подъема винтовой нарезки червяка). Твер-
дый материал / движется вдоль канала со скоростью 1) . Как только твер-
дый материал попадает в обогреваемую секцию цилиндра с температу-
рой Г, большей Т, он начинает плавиться на поверхности контакта с
цилиндром, образуя пленку расплава 2 (см. сечение канала А-А). Рас-
плав прилипает к стенке цилиндра и увлекается ею к толкающей стенке 3
нарезки благодаря поперечной компоненте скорости цилиндратн Плен-
ка расплава, натолкнувшись на стенку 3, как бы соскребается с цилинд-
ра и скапливается перед стенкой 3, образуя область расплава 4, которая
также начинает перемещаться вдоль канала.
По мере продвижения твердой пробки все большая доля материала
переходит из нее в пленку и затем в область расплава 4, которая, рас-
ширяясь, оттесняет все уменьшающуюся по ширине пробку к пассив-
ной стенке канала 5.
Процесс плавления можно было бы считать законченным в том
месте канала, где ширина пробки К становится равной нулю; длина
зоны пластикации в этом случае была бы равной z . Однако реально
монолитность пробки 1 не сохраняется вплоть до конца ее плавления.
При достижении К = (0,1-0,2)5 (где В - ширина канала) прочность ее
становится низкой, и развившимся в области 4 циркуляционным тече-
нием (показано стрелками) пробка разрывается на отдельные фрагмен-
ты и разносится по всему поперечному сечению канала. Вследствие
этого реальная длина зоны пластикации, характеризующаяся рассмот-
ренным механизмом плавления, несколько меньше zn.
Переход материала в расплав сопровождается уменьшением его
объема, поэтому во избежание образования пустот в канале и с целью
надежного прижатия пробки к стенке цилиндра объем канала, приходя-
щийся на один виток его, в зоне пластикации делают уменьшающимся
по ходу материала. Снижение объема канала достигается уменьшени-
ем глубины канала Н или шага нарезки t.
Толщина образующейся пленки 2 (рис. 70) очень мала: приблизитель-
но 0,2 мм, поэтому в ней из-за разности скоростей пробки 1)м и цилиндра
1)г расплав подвергается чрезвычайно интенсивному сдвиговому дефор-
мированию. Преобразующаяся в тепло работа деформирования вносит
значительный вклад в прогрев и плавление материала. Несколько мень-
ший вклад от аналогичных по природе диссипативных тепловыделений
наблюдается в области 4. В высокоскоростных машинах диссипативные
тепловыделения часто бывают достаточными для плавления и разогрева
124

расплава до требуемой температуры. Обогрев цилиндра в этом случае
включают только при пуске машины. Такой режим работы пластикато-
ров называют автогенным.
Пленочный механизм плавления не в полной мере реализуется при
работе изношенных червяков. В этом случае большой зазор 9 (рис. 70)
между гребнем нарезки и цилиндром не препятствует уносу образо-
вавшегося в пленке расплава в предыдущий виток, так что твердый
материал 1 не отжимается к стенке 5, оказывается посредине канала и
разрушается гораздо быстрее, вследствие чего область пленки с интен-
сивной теплогенерацией в ней исчезает, и интенсивность плавления
резко уменьшается. Зона пластикации, как правило, составляет (8-12)£).
В зоне дозирования все сечение канала занято расплавом 6 (рис. 70), в
котором могут содержаться вкрапления отдельных непроплавленных (или
частично оплавленных) гранул или их агломератов, образовавшихся при
разрушении пробки твердого полимера в зоне пластикации. Скорости ма-
териала во всех точках сечения канала не равны по величине и не коллине-
арны. Кинематика движения расплава в зоне дозирования столь сложна из-
за того, что вектор скорости цилиндра у не параллелен оси канала z. Вид
траектории каждой из материальных частиц определяется тем, что полный
вектор скорости ее V можно представить как сумму двух компоненту и у,
расположенных в плоскостях поперечного (В-В) и продольного (В-Б) се-
чений канала (см. рис. 70 и 71), т. е. в плоскостях ху wyz.

Рис. 71
т
125

Вследствие прилипания расплава к стенкам канала скорость его у
стенок равна скорости самих стенок. Продольная компонента скорости
цилиндра ог (рис. 71) вызывает поток вдоль канала с эпюрой скоростей
(/), показанной на рис. 71, а. Этот поток называют вынужденным, так как
движущаяся верхняя стенка канала именно вынуждает течь расплав в
направлении к выходу из канала.
На выходе из канала, как правило, существует значительное давле-
ние, так что вынужденный поток направлен в сторону возрастания дав-
ления (на рис. 71, а давление р} больше давления р2). Если бы верхняя
стенка канала была неподвижной, то в нем под воздействием перепада
давления Др =р2 -р} возник бы поток с эпюрой скоростей II. Направле-
ние этого потока противоположно вынужденному потоку, поэтому его
принято называть противотоком, или обратным потоком. Результиру-
ющая эпюра скоростей III потока вдоль канала при наличии как 1)г, так и
Др есть сумма эпюр I и II (рис. 71, а). Площадь под этой эпюрой опреде-
ляет производительность зоны дозирования Q:
в=н]ъ(у)<1у,
О
где Н- глубина канала, мм.
С ростом Др обратный поток возрастает, производительность
уменьшается, и суммарная эпюра Dz(y) может принять вид, показанный
на позиции /И. В области, прилегающей к червяку (ниже точки О, при
которой 0), появляется поток, движущийся в направлении, противо-
положном выходу из канала. При дальнейшем росте Ар при некотором
его значении Дртах производительность Q становится равной нулю. Та-
ким образом, из рассмотренного вид рабочей характеристики 2(Др) для
зоны дозирования ясен.
В плоскости ху (рис. 71,6) картина течения во многом подобна рас-
смотренной. Поперечная компонента скорости цилиндра вызывает
поток с эпюрой скоростей I. Так как выход из канала в направлении х
практически закрыт стенкой I нарезки, то при нагнетании к ней расплава
у нее развивается давление р2 большее, чем давлениер{ у пассивной стен-
ки 2. Вследствие возникшего в поперечном сечении перепада давлений
Ар = р2- р} возникает поток с эпюрой скоростей II. Результирующая
эпюра их(у) скоростей IIIв направлении, поперечном оси канала, находится
как сумма эпюр / и II. Таким образом, в верхней части канала расп-
лав, увлекаемый стенкой цилиндра, натекает на толкающую стен-
126

ку / нарезки; изменяя направление своей скорости, он стекает вдоль этой
стенки в нижнюю часть канала, где образуется поток в направлении от
стенки / к стенке 2. Вернувшись к стенке 2 и поднявшись по ней вверх,
расплав вовлекается цилиндром в новый виток циркуляции. Траектории
частиц в поперечном потоке представляют собой замкнутые кривые, по-
этому поперечный поток называется циркуляционным.
В процессе транспортирования материала в зоне дозирования про-
исходит дальнейший прогрев расплава как от стенки цилиндра, так и за
счет диссипативных тепловыделений в массе деформируемого материа-
ла, завершается также проплавление попавших в зону твердых частиц
полимера. Циркуляционный поток способствует смешению областей
полимера, имеющих различную температуру, т. е. усреднению темпера-
туры в поперечном сечении. Длина зоны дозирования для пластицирую-
щего экструдера должна быть достаточной, чтобы за время пребывания в
ней полимера в нем успели завершиться процессы плавления и темпера-
тура гомогенизации и, как правило, составляет (4-6) D.
2.5.	Совместная работа функциональных зон
Напорно-расходовые (рабочие) характеристики всех рассмотренных
зон одинаковы по виду (рис. 72). Чем больший напор Др создается зо-
ной, тем меньше ее производительность Q. Напор Др определяется за-
висимостью
гдерв-давление на выходе из зоны, МПа;
рвх - давление на входе в зону, МПа.
Под транспортирующей способностью каждой зоны Qq будем по-
нимать производительность ее при перепаде давления вдоль зоны Др,
равном нулю. Такая производительность, в частности, имеет место, если
на выходе из канала зоны нет препят-
ствий свободному движению материа-
ла, а давление на входе в зону равно
нулю.
Материал должен переходить из
зоны в зону сплошным потоком без об-
разования разрывов и пустот. Это со-
блюдается, если транспортирующая спо-
собность каждой предыдущей зоны
127

Q0/ несколько больше фактической производительности последующей
зоны Qt
где / - порядковый номер зоны от загрузочного окна.
Предположим, например, что вышеприведенное условие не соблю-
дено и производительность зоны дозирования при давлении на выходе
из нее, создаваемом головкой, больше транспортирующей способности
зоны пластикации. Это значит, что зона дозирования будет стремиться
отобрать из предыдущей зоны (зоны пластикации) такое количество ма-
териала, которое та не в состоянии поставить. Вследствие этого будут
периодически возникать разрывы потока в месте стыковки зон, произво-
дительность зоны дозирования станет пульсирующей. Если же условие
соблюдено, то зона пластикации способна подавать даже несколько боль-
шее количество материала, чем фактически принимает от нее зона дози-
рования, поэтому, как видно из напорно-расходовой характеристики, зо-
ной пластикации развивается напор А/?, в месте стыковки зон давление
больше нуля и разрывы потока исключены.
Точно такие же рассуждения можно провести и по отношению к
зонам пластикации и питания. Однако в этом случае добавляется еще
одно условие удовлетворительности взаимодействия зон: напор Ар,
создаваемый зоной питания, должен быть достаточным для уплотнения
материала и отжима из него воздуха. Для большинства материалов дав-
ление на выходе из зоны питания, равное 3-5 МПа, достаточно для их
уплотнения.
При соблюдении соотношения для Qq. обеспечивается условие не-
разрывности потока и равенство производительности всех зон. Давле-
ние по всей длине канала монотонно возрастает, причем полное давле-
ние на выходе из канала (т. е. на входе в головку) рг есть сумма перепадов
давления Ар., создаваемых каждой из зон:
Я =Ела(2).
/=|
Это выражение, устанавливающее взаимосвязь между давлением
на выходе из канала червякарг и производительностью экструдера Q,
называют его рабочей характеристикой. Конкретный вид ее определен,
если известны напорно-расходовые характеристики каждой из зон. По
виду рабочая характеристика экструдера также подобна показанной на
рис. 72.
128

Рабочая характеристика помимо свойств материала существенно
зависит от длины и глубины канала. Чем больше длина канала, тем боль-
ше движущая сила по сравнению с силой сопротивления движению от
давления в головке и тем, следовательно, большие давления может со-
здать червяк при той же производительности (рис. 73, а: 1 - короткий
червяк, 2 - длинный червяк). Чем меньше глубина канала (т. е. площадь
его поперечного сечения), тем меньше производительность при незна-
чительных давлениях рг.
Рис. 73
Однако с ростом рг сила сопротивления движению, равная про-
изведению площади сечения канала нарг, в мелких каналах возрас-
тает менее интенсивно, чем в глубоких. По этой причине жесткость
рабочей характеристики мелких червяков больше, чем глубоких,
т. е. производительность Q снижается с ростом менее интенсивно
(рис. 73, б: 3 - с мелким каналом; 4 - червяк с глубоким каналом).
При возрастании частоты вращения червяка рабочая характеристи-
ка экструдера смещается в сторону больших производительностей 5
(рис. 73, в).
На рис. 73, в область оптимальных режимов работы экструдера по-
казана на рабочей характеристике сдвоенной линией 6. При малых дав-
лениях на выходе из канала червяка (участок рабочей характеристики
слева от оптимальной области) материал уплотняется недостаточно, и в
выходящем из экструдера расплаве могут появляться воздушные вклю-
чения. При больших давлениях (участок справа от оптимальной облас-
ти) рабочая характеристика становится нежесткой: даже незначитель-
ные случайные колебания давления вызывают существенные колебания
производительности, что снижает стабильность размеров поперечного
сечения экструдируемого изделия. Производительность на этом участ-
ке намного меньше возможной для данной машины. Наконец, из-за
9 Ревяко М.М., Касперович О.М.
129

уменьшения производительности время пребывания материала в кана-
ле возрастает, что может привести к его перегреву. Минимальные значе-
ния производительности в пределах оптимальной области составляют
чаще всего 0,4-0,6 от транспортирующей способности.
2.6.	Конструкция основных узлов и деталей экструдеров
Равномерность подачи материала в загрузочное окно цилиндра эк-
струдера-непременное условие отсутствия пульсаций производитель-
ности.
Бункер с предварительным подогревом материала горячим возду-
хом конструкции ЗАО «Атлант» был проанализирован при рассмотре-
нии конструкции литьевых машин (см. рис. 30,62).
Конструкция загрузочных устройств существенно зависит от состо-
яния загружаемого материала. Они могут быть разделены на следую-
щие группы:
1)	для хорошо сыпучих гранулированных материалов;
2)	для плохо сыпучих гранулированных материалов и порошкооб-
разных материалов;
3)	для материалов, подаваемых в виде бесформенной, плохо дози-
руемой массы.
Первая группа наиболее проста по конструкции. Это укрепленные
над загрузочным окном бункеры, как правило, конической формы. Объем
бункера рассчитывается таким образом, чтобы одного заполнения хвата-
ло по крайней мере на 0,75-2 ч работы машины. Обычно этот объем
составлял от 10 л у лабораторных машин до 250 л у крупных экструдеров.
Бункер оснащается смотровым окном для контроля уровня материала и
задвижкой в его нижней части для прекращения подачи материала в слу-
чае необходимости. Для быстрого и удобного полного опорожнения бун-
кера при смене марки материала он часто делается быстросъемным или
оснащается разгрузочным патрубком с дополнительной задвижкой. Ма-
териал из бункера свободно просыпается, полностью заполняя загрузоч-
ное окно и объем захватывающего витка червяка.
Вторая группа - это те же бункеры, дополнительно оснащенные
ворошителями и питателями. Первые разрушают своды материала в
бункере, предотвращая тем самым его зависание; вторые обеспечива-
ют равномерную подачу в загрузочное окно с заданной (часто с регули-
руемой) производительностью.
130

Рис. 74
Третья группа бункеров применяется
для питания экструдеров лентами и т. п. На
рис. 74 показан бункер /, оснащенный дис-
ковым питателем 7 и ворошителем 5, имею-
щими общий привод 3. Приводом является
мотор-редуктор с постоянной частотой вра-
щения. Под воздействием пальцев 4 воро-
шителя материал свободно просыпается
вниз, скребком 6 ворошителя распределяет-
ся по периферии диска 7 и непрерывно про-
сыпается через кольцевую щель, образован-
ную диском и подвижным регулировочным
стаканом 9. Высота щели и, следовательно,
производительность питателя регулируются
опусканием или поднятием стакана с помо-
щью регулировочных винтов 8.
Если материал недостаточно сыпуч и забивает щель питателя, вмес-
то концевой части ворошителя 10 и диска может монтироваться червяк,
своим концом внедряющийся в загрузочное окно.
Материальный цилиндр (рис. 75) одночервячных экструдеров вы-
полняется как единое целое. Если делают пазы в зоне загрузки, ци-
линдры изготовляют составными. Толщина стенки цилиндра должна
быть достаточной, чтобы выдерживать давление расплава до
60 МПа.
При работе экструдеров рабочая поверхность цилиндров изнашива-
ется, особенно при переработке термопластов с минеральными напол-
нителями. Для увеличения срока службы цилиндра в него вставляют
тонкостенную втулку 2 (рис. 75) из высококачественной стали, рабочую
поверхность азотируют до HRA 82-86 единиц.
Рис. 75
131

При необходимости отвода тепла от цилиндра на его поверхности
нарезают винтовые канавки 4 по зонам и укладывают в них медные
трубки, которые затем провальцовывают заподлицо с наружной по-
верхностью цилиндра. На наружной поверхности цилиндра, сверху
трубок устанавливают электронагреватели 5. Для каждой зоны ци-
линдра сверлится по одному несквозному отверстию 6 для установ-
ки термопар (хромель-копелевые). Загрузочное окно цилиндров дол-
жно иметь каналы 7 для циркуляции воды, чтобы предотвратить
налипание гранул материала на стенки окна. Оба конца цилиндра
имеют фланцы для крепления узла упорного подшипника и форму-
ющей головки.
Рис. 76
Соединение головки с цилиндром может осуществляться по одно-
му из следующих способов:
-	фланцевое крепление болтами (рис. 76, а\ 1 - фланец экструдера;
2 - фланец головки; 3 - болт; 4 - решетка с пакетом сеток; 5 - зажимное
кольцо; 6 - червяк; 7- втулка крепления фильтра)
-	фланцевое крепление откидными болтами (рис. 75, б\ позиции те
же, что и для рис. 76, а)
-	крепление стяжными хомутами (рис. 76, в\ 3,8 - нижняя и верхняя
половины хомута соответственно, остальные позиции те же, что и для
рис. 76, а)
-	байонетно-резьбовой затвор (рис. 76, г: 1 - резьбовое кольцо;
2 - цилиндр экструдера; 3 - упорное кольцо на корпусе головки; осталь-
ные позиции те же, что и для рис. 76, а).
Червяки состоят из двух частей: рабочей нарезной и хвостовой.
Конструкция рабочей части зависит от технических операций, выполня-
емых на экструдере, и должна обеспечивать оптимальные условия про-
132

текания поцессов в канале нарезки, совокупность которых составляет
сущность данной технологической операции.
Хвостовая часть должна обеспечивать передачу крутящего мо-
мента на червяк; передачу осевого усилия с червяка на упорный
подшипник; подачу и отвод термостатирующей жидкости, циркули-
рующей в центральном осевом отверстии червяка; не попадание об-
рабатываемого полимера из зоны питания червяка в полость упор-
ного подшипника.
Пластикация термопластов в пленочном режиме обеспечивает наи-
большую интенсивность плавления и, следовательно, завершение пере-
вода в вязкотекучее состояние на относительно малой длине червяка.
Нагрев и плавление в этом режиме осуществляется преимущественно
за счет диссипативных тепловыделений в области пленки, причем ин-
тенсивность тепловыделений пропорциональна квадрату скорости сдви-
га у в этой области. Толщина пленки 8 в десятки раз меньше глубины
канала Я, поэтому величина v = V /8 относительно велика (У - раз-
ность скоростей пробки и цилиндра).
Если же твердая область разрушается на крупные агломераты и
смешивается с областью расплава, то интенсивность их плавления
резко снижается, так как скорость сдвига у = V/ Н и, следовательно,
интенсивность тепловыделений в этой области намного ниже. По этой
причине традиционная конструкция рабочей области червяков пре-
следует цель в максимальной степени сохранить пленочный режим
пластикации.
Пленочный режим плавления будет сохраняться у материалов, име-
ющих широкий температурный интервал высокоэластического состоя-
ния при повышенной деформативности и повышенной когезии (слипа-
емости) в этом состоянии, а также обладающих высокой вязкостью в
вязкотекучем состоянии. Лишь очень немногие материалы отвечают
этим требованиям. По этой причине стремятся к тому, чтобы сама кон-
струкция способствовала соблюдению условий сохранения пленочного
режима. Например, стремятся к тому, чтобы область, оплавляющаяся
сверху и уменьшающаяся по этой причине по высоте, постоянно под-
жималась к цилиндру; в связи с этим глубину канала Н в зоне пластика-
ции делают постоянно уменьшающейся. Таким образом, уменьшение
глубины канала служит не только для уплотнения рыхлого материала
области с целью удаления из него воздуха, но и для сохранения пленоч-
ного режима.
9* Ревяко М.М.. Каспсрович О М.
133

Зона питания канала, как правило, выполняется с постоянной глу-
биной. Длина этой зоны составляет (4-6)/), включая тот участок канала,
который расположен под загрузочным окном. Анализ напорно-расхо-
довой характеристики зоны питания показывает, что при коэффициенте
трения полимера по стали f= 0,3-0,5 оптимальным (с точки зрения мак-
симальной производительности) является угол подъема винтовой на-
резки (р = (17-24)°. Этим значениям (р соответствует шаг нарезки
t = (1,0-1,5)/). Глубину канала в зоне питания обычно принимают рав-
ной (0,1-0,2)/), причем меньшие значения соответствуют червякам боль-
шего диаметра, а в зоне загрузки (0,12-0,16)/).
Ширина гребня нарезки е обычно принимается от 0,08 до 0,12 D.
Увеличение этого параметра приводит к возрастанию мощности, расхо-
дуемой на сдвиг расплава в зазоре между гребнем и цилиндром, умень-
шение приводит к росту межвитковых утечек.
Величина потока межвитковых утечек пропорциональна третьей
степени величины зазора между гребнем и цилиндром. По этой причи-
не, если цилиндр или гребень достаточно износились, производитель-
ность машины резко уменьшается, что особенно проявляется при рабо-
те с головками большого гидравлического сопротивления. Новые
цилиндр и червяк должны иметь этот зазор в пределах от 0,0022? до 0,0050,
причем первое значение соответствует большим диаметрам червяка.
Меньшие величины зазора нежелательны, так как возможно заедание
червяка в цилиндре и задиры их рабочих поверхностей.
На рис. 77 показана конструкция червяка с постоянным шагом и
изменяющимся межвитковым объемом. Конец рабочей части кони-
ческий. Хвостовик червяка имеет шлицы, которые входят в шлице-
вую втулку привода. Внутри червяка выполнено сверление для цир-
куляции жидкости; резьба на входе в сверление предназначена для
монтажа трубки, подающей охлаждающую жидкость. Непосредствен-
но перед рабочей нарезкой выполнена винтовая нарезка лабиринт-
ного уплотнения, предотвращающая попадание порошка термопла-
ста (или пыли, образующейся при трении гранул во время их
транспортирования) в зазор между цилиндром и хвостовиком и далее
в узел упорного подшипника.
Червяки изготовляют из стали 40ХН2МА, подвергают азотированию.
Достигают при азотировании твердость поверхности HRA 70-74. После
азотирования рабочую поверхность шлифуют или полируют, хвостовик-
шлифуют.
134

Рис. 77
Привод червяка должен отвечать следующим требованиям:
-	обеспечение необходимой мощности, подводимой к червяку эк-
струдера;
-	возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения
червяка;
-	поддержание постоянства частоты вращения червяка;
-	обеспечение требуемой зависимости между задаваемой часто-
той вращения червяка и необходимым для ее реализации крутящим
моментом.
Необходимая мощность привода определяется как суммар-
ная мощность, рассеиваемая во всех функциональных зонах червя-
ка. Зависимость мощности приво-
да Р и крутящего момента Л/р от час-
тоты вращения червяка N представ-
лена на рис. 78.
Диапазон частот вращения червяков
экструдеров составляет 50-250 об/мин,
а рабочие диапазоны частот враще-
ния электродвигателей 400-3000 об/мин.
Поэтому в кинематику привода необхо-
димо введение редуктора. Зависи-
мость частоты вращения червяка W от
диаметра червяка D представлена на
рис. 79.
135

Бесступенчатое регулирование частоты вращения на современных
экструдерах обеспечивается двигателями постоянного тока с теристор-
ным типом управления, диапазон регулирования (1:15)-( 1:20). Данный
привод полностью отвечает третьему требованию.
Четвертое требование может быть конкретизировано при анализе
зависимостей для расчета потребляемой мощности IV в зонах червяка.
Момент сопротивления на червяке, равный JV/N, пропорционален час-
тоте вращения N. Рабочая характеристика момента сопротивления на
червяке Мкр (Ц 2), характеристика двигателя постоянного тока (3) при
различных способах регулирования частоты вращения N, двигателя пе-
ременного тока (7) представлены на рис. 80.
Рис. 81
136

Как видно из рис. 80, если мощность двигателя согласована
с мощностью, потребляемой червяком при максимальной частоте
его вращения, то практически все типы привода могут обеспечить
работу экструдеров в соответствии с последним, четвертым требо-
ванием.
Узел упорного подшипника предназначен для аксиальных и ради-
альных усилий.
При работе экструдеров, особенно с головками большого гидравли-
ческого сопротивления, давление, возникающее в конце червяка, подни-
мается до 80 МПа.
На рис. 81 показана конструкция узла упорного подшипника экст-
рудера с диаметром червяка 90 мм.
Крутящий момент с выходного вала / редуктора через шпонку пе-
редается на приводящую втулку 8 червяка. Осевое усилие от торца хво-
стовика червяка передается втулке 8, а втулка это усилие передает упор-
ному подшипнику 9. Соединение вала 1 и втулки & осуществляется через
шлицевое соединение 6. Сальниковое уплотнение 5 обеспечивает уп-
лотнение втулки от упорного подшипника 9.
2.7.	Общее устройство и работа двухчервячного экструдера
Появление и все более широкое применение многочервячных ма-
шин связано с некоторыми существенными недостатками одночервяч-
ных экструдеров:
1.	Невозможность создавать режимы высоких давлений без умень-
шения объемной производительности экструдера;
2.	Невозможность регулирования спектра времен пребывания ма-
териала в экструдере;
3.	Отсутствие сильно выраженного градиента скорости сдвига пере-
рабатываемого материала, необходимого для перемешивания и гомо-
генизации;
4.	Неспособность создавать непрерывно обновляющиеся эффектив-
ные поверхности перерабатываемого материала для осуществления
процесса массопередачи.
Кроме того, при загрузке одночервячных экструдеров крошкой и
мелкодисперсным порошком с низкой насыпной массой, а также
расплавом или пастой, прилипающей к червяку, транспортирование
137

материала, как правило, либо неудовлетворительное, либо вовсе от-
сутствует.
Несомненными преимуществами многочервячных экструдеров,
наиболее распространенными из которых являются двухчервячные, яв-
ляются хороший захват исходного продукта в зоне питания независимо
от формы сырья, принудительное продвижение материала к формую-
щему инструменту, взаимная самоочистка червяков.
Различие в принципах работы двух- и одночервячной машин связа-
но с разными механизмами создания давления в перерабатываемом
материале. Если у одночервячного экструдера давление развивается
благодаря вязкому течению, вызванному относительным движением
червяка в цилиндре, то у двухчервячных экструдеров - за счет выжима-
ющего действия витка сопряженного червяка. Способность к развитию
давления одночервячного экструдера определяется глубиной винтового
канала (точнее величиной /?3), в то время как у двухчервячного - геомет-
рической степенью замкнутости £ винтового канала, которая определя-
ется по формуле
ie
t -ie’
где е - ширина гребня;
t - шаг винтовой нарезки;
i — число заходов.
Величина показывает, какая часть сечения канала перекрывается,
и характеризует принудительность транспортирования перерабатывае-
мого материала к формующему инструменту экструдера и способность
червяка развивать давление.
Кинематическая схема двухчервячного экструдера приведена на
рис. 82. Червяки приводятся во вращение от электродвигателя 7 с бес-
ступенчатым регулированием частоты вращения. Вал электродвигателя
муфтой соединен с быстроходным валом трехступенчатого редукто-
ра 6. Выходной (тихоходный) вал редуктора цепной передачей 5 и зубча-
тыми колесами 4 через жесткую муфту 3 связан с червяками 2. Основ-
ными конструктивными элементами двухчервячного экструдера явля-
ются материальный цилиндр 7, червяки 2, подшипниковый узел 8,
коробка скоростей и электродвигатель 7. Перерабатываемый материал
подается через загрузочную воронку 9.
138

Рис. 82
Рабочими органами двухчервячной машины (рис. 83, а) являются
цилиндр 7, имеющий два цилиндрических канала с параллельными ося-
ми, в которых размещены червяки 2 и 3, находящиеся во взаимном за-
цеплении.
139

Принципиальным отличием от одночервячных машин является то,
что винтовой канал каждого из червяков оказывается разделенным на
цепочку практически изолированных друг от друга С-образных объе-
мов. Материал попадает из загрузочной воронки в такой объем, напри-
мер в объем 4 (рис. 83, б), образованный поверхностью цилиндра /,
поверхностями 5,6 и 7 сердечника и боковых стенок нарезки вращаю-
щегося червяка 2, а также цилиндрическими поверхностями 8
и 8 ’ гребня нарезки другого червяка 3, вращающегося в противополож-
ную сторону. Если боковые 9 и радиальные 10 зазоры между нарезками
червяков минимальны, то материал, попав в эту С-образную секцию,
транспортируется при вращении червяков, все время оставаясь в ней;
перетекание в соседние секции через указанные зазоры и зазор И меж-
ду гребнем и цилиндром минимально. Таким образом, за один оборот
червяков в головку из цилиндра подается независимо от давления в ней
объем расплава, равный двум объемам С-образной секции; неконтро-
лируемые пульсации давления практически не оказывают влияния на
производительность машины.
Жесткость напорно-расходовой характеристики одночервячных ма-
шин сильно уменьшается с ростом глубины канала, поэтому канал
выполняется мелким. Производительность же мелких червяков отно-
сительно невелика. У двухчервячных машин жесткость характеристики
не зависит от глубины канала, поэтому в целях увеличения производи-
тельности канал выполняют максимально глубоким. Теплогенерация
за счет работы деформирования пропорциональна квадрату скорости
сдвига, во много раз меньше в глубоких каналах. По этой причине про-
грев в двухчервячных машинах осуществляется преимущественно за
счет теплообмена с горячей стенкой цилиндра. Температура материа-
ла не превышает температуры цилиндра, управление же последней не
составляет труда.
Практически полное выдавливание расплава из С-образных секций
в головку обеспечивает равенство времен пребывания в нагретом ци-
линдре всех материальных частиц потока.
Таким образом, при переработке на двухчервячных машинах воз-
можен точный, надежный контроль за максимальной температурой и
временем воздействия ее на полимер; это особенно важно при перера-
ботке полимеров с низкой термостабильностью.
Из рассмотренного очевидны следующие области эффективного
применения двухчервячных машин: экструзия высоковязких нетермо-
140

стабильных материалов (например, непластифицированного поливинил-
хлорида); экструзия рыхлых порошкообразных материалов; гомогени-
зация предварительно смешанных композиций на основе порошковых
полимеров; переработка материалов, подаваемых в машину в состоя-
нии расплава; экструзия особо точных изделий.
2.8.	Дисковые и дисково-червячные экструдеры
Принцип работы дискового экструдера основан на создании танген-
циального движения расплава, ориентации макромолекул и расположе-
нии их по концентрическим окружностям за счет тангенциального на-
пряжения сдвига, вследствие чего возникают нормальные напряжения,
обусловливающие появление избыточного давления, направленного к
оси вращения расплава.
В дисковом экструдере полимер в процессе переработки проходит
через три состояния: твердый материал, смесь расплава и твердого ма-
териала и расплав. Трем состояниям полимера соответствуют три эф-
фекта, на которых базируется процесс дисковой экструзии: нормальных
напряжений в твердом состоянии полимера; вихревого движения и воз-
никновения нормальных напряжений в расплаве полимера (эффект Вай-
сенберга).
Величина нормальных напряжений играет основную роль в про-
цессе экструзии, и от нее зависит вся работа дискового экструдера как
насоса. Поэтому зону нормальных напряжений называют еще насос-
ной зоной. По аналогии с червячными экструдерами зона нормальных
напряжений является зоной дозирования. Тем не менее если к течению
расплава в зоне дозирования червячного экструдера полностью приме-
нимы законы гидродинамики вязких жидкостей, то для дискового экст-
рудера этого недостаточно.
На характер течения расплава в дисковом экструдере влияет не толь-
ко вязкость, но и его упругость, обусловленная ориентацией макромо-
лекул, и накопление в расплаве высокоэластической деформации. Про-
цесс дисковой экструзии основан на создании избыточного давления в
рабочем зазоре между вращающимся и неподвижным дисками за счет
образования при круговом сдвиговом течении расплава нормальных
тангенциальных напряжений (эффекта Вайсенберга). Конструкции дис-
ковых экструдеров показаны на рис. 84.
141

Рис. 84
На рис. 84, а показан рабочий орган дискового экструдера с вин-
товой нарезкой 3 для принудительной подачи материала в зазор меж-
ду неподвижным диском 1 и подвижным 2. Корпус экструдера 4 и
неподвижный диск 1 обогреваются нагревателями электросопротив-
ления 5.
На рис. 84, б показан рабочий орган с гладким диском 2.
Рис. 85
Механизм возникновения напорного эффекта, обеспечивающего
течение расплава в радиальном направлении, приведен на рис. 85. Мате-
риал подвергается сдвигу в окружном направлении со. В вязкоупругих
жидкостях в направлении сдвига возникают нормальные растягиваю-
щие напряжения. Эти напряжения <у00 действуют на выделенный в ра-
бочем зазоре элемент расплава, причем из-за криволинейности на-
правления сдвига проекции о00 на радиальное направление не равно
142

нулю и направлено к центру О. Вследствие этого подверженный растя-
жению элемент оказывает давление на расположенный ближе к цент-
ру материал.
Для небольших рабочих зазоров давление на соседние слои мате-
риала ограничено небольшим пространством между подвижным и
неподвижным диском, поэтому производительность мала (рис. 86).
По мере увеличения зазора перекачивающее действие эффекта Вай-
сенберга уменьшается, но рациональный поток становится менее
ограниченным. Поэтому производительность экструдера увеличи-
вается.
При достижении некоторого предельного значения величины рабо-
чего зазора действие эффекта Вайсенберга значительно уменьшается и
вследствие этого производительность дискового экструдера снова умень-
шается.
Анализ экспериментальных данных позволил установить величи-
ну рабочего зазора дискового экструдера, при которой достигается
наибольшая производительность машины. Эта величина лежит в пре-
делах (5,5 • 10 2—6,5 • 10 ~2)D, где D - рабочий диаметр подвижного
ротора дискового экструдера. При этом большее значение зазора бе-
рется при большем диаметре ротора. Кроме того, на величину про-
изводительности оказывает большое влияние диаметр формующего
отверстия (сопротивление каналов экструзионной головки). Экспе-
143

риментально установлено, что наилучшие результаты получаются при
диаметре формующего отверстия, равном (0,1-0,15)7), причем мень-
шее значение диаметра формующего отверстия берется при боль-
шем диаметре ротора. Следовательно, координация величины рабо-
чего зазора экструдера и величины диаметра формующего отверстия
позволит регулировать производительность машины в необходимых
пределах.
Создаваемое экструдером избыточное давление также зависит от
величины зазора. Чем больше радиальный зазор, тем меньше скорость
сдвига тангенциального потока, и соответственно, меньше напряжение
сдвига и степень ориентации макромолекул. На рис. 87 показана типич-
ная кривая для давления, полученная в результате экспериментов для
полиэтилена низкой плотности. Анализ кривой показывает, что давле-
ние уменьшается по мере увеличения рабочего зазора, т. е. с уменьше-
нием скорости сдвига.
Рис. 87
Давление между диском и конусом для дискового экструдера имеет
очень низкие значения, примерно 1,5-2,0 МПа, в то время как в шнеко-
вых экструдерах около 20-30 МПа.
Естественно, при таких малых давлениях создать большую произ-
водительность дискового экструдера без червячного питателя невоз-
можно.
144

Рис. 88
Конструкция дисково-червячного экструдера с независимым враще-
нием диска и червяка представлена на рис. 88. Материал загружают в
бункер 10, из которого он под действием силы тяжести подается в зазор
между вращающимся 9 и неподвижным 8 дисками. В зазоре 7 между
дисками термопласт плавится, гомогенизируется и подается в начальные
витки червяка 3, который подает материал к формующей головке, укреп-
ленной на фланце 5. Цилиндр 4 оснащен электронагревателями сопро-
тивления 6. Вращение диска и червяка осуществляется от индивидуаль-
ных электродвигателей через редуктор и клиноременные передачи 1 и 2.
2.9.	Экструзионные линии
Экструзионные агрегаты можно разделить по виду изготовляемых
изделий наследующие:
-грануляторы;
-	агрегаты для получения пленок;
-	агрегаты для получения листов, плит;
-	трубные агрегаты;
-	агрегаты для профилей;
-	линии для нанесения полимерных покрытий.
10 Ревяко М.М., Касперович О.М.
145

Основой любого экструзионного агрегата является экструдер. При
этом самые различные агрегаты могут создаваться на базе одного и
того же экструдера.
Отличительной особенностью большинства агрегатов является кон-
струкция головки, обусловленная особенностями экструдируемого из-
делия. Наконец, форма и размеры экструдируемого изделия определя-
ют и все остальные функциональные устройства агрегата, такие, как
охлаждающие и калибрующие механизмы, тянущие и приемные уст-
ройства, приборы для управления и контроля за качеством.
Формально в любом экструзионном агрегате можно выделить следу-
ющие функциональные механизмы: экструдер, преобразующий полимер
в расплав с заданными технологическими характеристиками (температу-
ра и давление); головка с рабочим инструментом (матрица или дорн и
матрица), придающая потоку расплава форму будущего изделия; калиб-
рующее устройство, окончательно формирующее контур и размеры по-
перечного сечения изделия; охлаждающая ванна, в которой изделие при-
обретает жесткость и формоустойчивость (часто функции калибрования
и охлаждения совмещают в одном механизме); тянущее устройство бара-
банного или гусеничного типа; приемное устройство барабанного или
рулонного типа; отрезные механизмы с циркулярными пилами или гиль-
отинными ножницами; контрольные устройства (толщиномеры, измери-
тели диаметров, электрической прочности и т. д.); различные накопители
и компенсаторы, позволяющие производить замену приемных бараба-
нов или бобин без остановки работы агрегата; системы управления и
синхронизации работы отдельных механизмов агрегата.
Технологические схемы экструзионных агрегатов для производства
различных изделий представлены в разделе по проектированию произ-
водств по переработке пластмасс.
3.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ
Можно выделить несколько признаков, по которым классифициру-
ются экструзионно-раздувные агрегаты (ЭРА):
-	по способу раздува: раздув через головку, раздув через иглу, раз-
дув через ниппель, универсальные;
-	по режиму работы экструдера: с циклическим режимом, с непре-
рывным режимом;
146

-	по типу головки: без копильника, с копильником;
-	по числу узлов смыкания формы: однопозиционные, двухпозици-
онные, многопозиционные;
-	по способу доставки заготовки из головки в форму: со стационар-
ными узлами смыкания, расположенными под головкой, с перемещае-
мыми узлами смыкания и др.
3.1.	Общее устройство и работа экструзионно-раздувных агрегатов
Все ЭРА включают в себя три основные сборочные единицы: пла-
стифицирующий экструдер, головку и приемно-раздувное устройство.
В ЭРА используют универсальные червячные машины как генерато-
ры расплава. Головка при экструзии с раздувом используется в тече-
ние всего срока эксплуатации машин, а переход на новую заготовку
осуществляется сменой дорна и мундштука. Поэтому головка являет-
ся сборочной единицей агрегата. Приемно-раздувное устройство вклю-
чает в себя несколько механизмов: нож для обрезки заготовки; меха-
низм транспортировки заготовки от головки к форме; механизм
смыкания-размыкания полуформ и их запирания; механизм раздува
Рис. 89
заготовки; механизм обрыва облоя;
механизм съема изделия. Каждое из
конкретных приемно-раздувных уст-
ройств может и не иметь всех пере-
численных механизмов.
По расположению червяка ЭРА
бывают с горизонтальным или верти-
кальным расположением червяка.
Первые применяются чаще.
Общая компоновка экструзионно-
раздувного агрегата (рис. 89) состоит
из экструдера /, головки 2 для формо-
вания заготовок, выдувной машины 3
с комплектом форм, устройства 5 для
сушки и подогрева гранул, пневмозаг-
рузчика 6, шкафа 8 тепловой автома-
тики. Пульта 9 управления, системы 7
пневмо- и гидропривода и устрой-
ства 4 для удаления облоя.
147

Основной недостаток описанного агрегата - это циклический режим
работы экструдера с частыми включениями. Такой режим работы снижает
температурную однородность расплава заготовки и ускоряет износ приво-
да червяка, а также ведет к непроизводительным простоям экструдера во
время охлаждения в форме и узла смыкания во время выдачи заготовки.
Существует два пути обеспечения непрерывного режима работы
экструдера.
Первый путь целесообразен при производстве крупных изделий, ког-
да производительность одного или даже двух одновременно работаю-
щих в циклическом режиме экструдеров оказывается недостаточной для
того, чтобы выдавить заготовку за требуемое время.
В этом случае головку 2 оснащают копильником 6(рис. 90). Один или два
(как на рис. 90) экструдера 5 и 8 непрерывно подают расплав в копильник 6.
Из копильника посредством поршня гидроцилиндра 7 расплав периодиче-
ски за требуемый отрезок времени выдавливается через головку 2 в про-
странство между плитами / узла смыкания, на которые крепятся полуформы.
Рис. 90
Червяки экструдеров приводятся во вращение гидродвигателями 3
через редукторы 4. Механизм раздува 10 расположен в нижней части
приемно-раздувного устройства 9. Для более равномерного распреде-
ления усилия запирания по площади крупногабаритных плит 1 каждая
из них оснащена двумя гидроцилиндрами И.
Время выдачи заготовки в 2-5 раз меньше времени цикла работы
машины, поэтому производительность экструдера, габариты и металло-
емкость его при непрерывном режиме работы с копильником могут
быть меньше, чем при циклическом режиме. Это очень важно для агре-
гатов большой мощности.
148

о
Ревяко М.М., Касперович О М
Т абл и ца 1 5
Тип агрегата	Емкость изделий, л	Число изделий, получа- емых за один цикл	Емкость копиль- ника, см3	Усилие замы- кания формы, кН	Размеры крепежных плит (длина х х ширина), см	Расстояние между крепежными плитами	
						при разом- кнутой форме	при замкнутой форме
АВ-0,15	0,05-1,15	2-4	60	14	20x18	19	9
АВ-0,5	0,15-0,50	2-4	125	21	28x22	25	11
АВ-1	0,5-1,0	2-4	250	36	36x25	28	13
АВ-2,5	1,0-2,5	2-4	500	60	45x28	28	13
АВ-10	2,5-10,0	2-4	2 500	150	75x36	71	20
АВ-30	10-30	1-2	5 000	150	75x63	85	28
АВ-60	30-60	1	7 500	224	50x75	106	48
АВ-125	60-125	1	11 800	316	75x90	125	60
АВ-250	125-250	1	25 000	450	90x100	160	75
АВ-500	250-500	1	50 000	630	100x140	200	85

Второй путь целесообразен при производстве изделий емкостью
менее 2 л, когда производительность экструдера больше или достаточна
для непосредственной выдачи заготовки через головку без копильника
за требуемое время. В этом случае агрегаты делают многопозиционны-
ми: экструдер с головкой, работая непрерывно, обслуживает последова-
тельно два или более узла смыкания с формами. Узлы смыкания выпол-
няются подвижными, они приводятся к головке на время выдачи и захвата
заготовки и затем отводятся от нее.
По емкости формируемых изделий ЭРА подразделяются на десять
основных типоразмеров, которые приведены в табл. 15.
3.2.	Конструкция основных узлов экструзионно-раздувных агрегатов
Механизм смыкания раздувных агрегатов выполняет следующие
функции: смыкание-размыкание полуформы; запирание сомкнутых по-
луформ усилием, большим, чем распорное усилие от давления раздува-
ющего воздуха. Кроме этого, обе плиты с закрепленными на них полу-
формами должны быть подвижны и смыкаться одновременно, чтобы
плоскость смыкания совпадала с осью выдавливаемой заготовки. Сим-
метричность смыкания плит относительно оси заготовки обеспечивается
механизмами синхронизации. Каждая плита имеет свой привод.
Машины малых и средних типоразмеров имеют механизмы смыка-
ния с непосредственным приводом от пневмо- или гидроцилиндров.
У больших машин эти механизмы чаще всего коленчато-рычажного типа
и подобны по конструкции таковым у литьевых машин.
Кинематический, силовой и прочностной расчеты этих механизмов
также подобны аналогичным расчетам для литьевых машин. Исходной
при расчетах является величина требуемого усилия запирания форм F,
которую можно определить по формуле
F^ps,
где р - давление раздувающего воздуха, МПа;
5 - площадь проекции формуемого изделия на плоскость, перпенди-
кулярную направлению смыкания плит, м2.
На рис. 91 механизм смыкания состоит из двух неподвижных плит 2
и 6 и двух подвижных плит 4 и 5, приводимых в движение от двух гидро-
цилиндров 1 и 7. Неподвижные плиты стянуты расположенными по их
диагоналям колоннами 3. Эти колонны служат направляющими для под-
вижных плит.
150

Рис. 91
Симметричное перемещение плит относительно оси заготовки и раз-
дувающего ниппеля 00' обеспечивается синхронизатором. Корпус 11
синхронизатора крепится к основанию механизма или к середине нижней
колонны. В корпусе укреплена ось, на которую подвижно надета шестер-
ня 9. В зацеплении с шестерней находятся зубчатые рейки 8 и 10, каждая
из которых укреплена на своей подвижной плите механизма смыкания.
Благодаря такому кинетическому сочленению подвижных плит переме-
щение какой-либо из них вызывает точно такое же встречно направленное
перемещение другой.
Пример двухпозиционного механизма смыкания с приводом от
одного пневмоцилиндра 8 показан на рис. 92. Две неподвижные пли-
ты 14 стянуты двумя диагонально расположенными колоннами 7. Эти
колонны служат также направляющими для трех основных подвижных
плит 3, 6,11 и одной вспомогательной подвижной плиты 15. Механизм
расположен под двухручьевой головкой с попеременно работающи-
ми ручьями 4 и 5.
На плитах 3 и 11 укреплена одна пара полуформ -А и А', с другой
стороны плиты И и на плите 6 укреплен другой комплект полуформ -
151

Л и Б". В то время как полуформы А и А’ открыты, полуформы Б и Б’
закрыты, и наоборот.
Рис. 92
Механизм работает следующим образом. При смыкании полу-
форм Б и Б’ шток 9 пневмоцилиндра 8 перемещает плиту 6 влево. Пли-
та 6 связана двумя штангами 10 с плитой 3. Так что она также движется
влево с той же скоростью, размыкая полуформы А и А’. Чтобы смыка-
ние Б и Б’ и размыкание А и Л’ было симметричным относительно
осей О и О ’, необходимо, чтобы средняя подвижная плита 11 перемеща-
лась вправо с той же скоростью. Это обеспечивается спаренным шатун-
ным механизмом, ось которого 13 укреплена на неподвижной плите 14.
Плита 3, перемещаясь влево, посредством серьги 2 поворачивает ша-
тун / против часовой стрелки, и нижний конец шатуна, уходя вправо,
тянет за собой вспомогательную плиту 15, которая соединена парой
штанг 12 со средней плитой // и поэтому толкает ее вправо. Плита 11,
перемещаясь, одновременно осуществляет перепуск расплава из пра-
вого ручья головки в левый ручей.
Механизм смыкания машин для производства малых изделий часто
выполняют с «книжным» типом смыкания полуформ (рис. 93). Пре-
имущество их в том, что пространство между разомкнутыми полуфор-
мами максимально открыто для обслуживания (ввода заготовки, съема
152

изделия): направляющие колонны этому не мешают. Как это имеет мес-
то в описанных выше конструкциях.
Рис. 93
Траверса 6 укреплена на станине или вращающемся столе агрегата
винтом 5. Вокруг осей 2 траверсы могут вращаться навстречу друг другу
кронштейны /, на которых смонтированы полуформы. Кронштейны при-
водятся во вращение складывающимися рычагами 3, а те в свою очередь
приводятся в действие гидро- и пневмоцилиндром (на рисунке не пока-
зан), перемещающим шарнир 4 в направлении, указанном стрелками.
Механизм раздува заготовки (рис. 94) приемного устройства рабо-
тает следующим образом.
7 8 9
Рис. 94
153

С помощью маховика / и винта 2 механизм может перемещаться
вдоль линии разъема форм, т. е. перпендикулярно оси приемного уст-
ройства, что позволяет получать различные по конфигурации изделия.
Корпус 5 ниппеля соединен с плитой //, которая перемещается по на-
правляющим. В корпусе смонтировано зубчатое колесо 6, находящееся
в зацеплении с рейкой 3. Рейка связана с кареткой 7, которая движется
по направляющим 8. На каретке установлен держатель 9 раздувного
ниппеля.
В момент раздувания ниппель находится в верхнем положении.
Как только изделие охладилось, форма размыкается, ниппель опуска-
ется, а изделие снимается. Приводом для перемещения ниппеля слу-
жит золотник-рейка 14, поворачивающая зубчатое колесо 13, соеди-
ненный с ним вал 4 и колесо 6. На рейке 15 установлен кулак 12, который
воздействует на конечные включатели, подающие команду на переме-
щение соответствующих механизмов. В случае использования непод-
вижного ниппеля муфта 10 перемещается вправо, разобщая тем са-
мым приводной вал 4.
3.3.	Оборудование для инжекционно-выдувного формования
Изготовление заготовок (преформ) производится литьем под давле-
нием в многогнездные формы с горячеканальными литниками и точеч-
ным впуском. Формы интенсивно охлаждаютс я водным раствором эти-
ленгликоля, температура ~ +10°С, поэтому преформа после охлаждения
находится в аморфном состоянии.
Отформованная заготовка имеет полностью отформованную гор-
ловину бутылки с резьбой и другими элементами, выполненными дос-
таточно точно.
После термического кондиционирования преформа поступает в
форму для формования (рис. 95, а). Продольная вытяжка преформы
производится с помощью штоков, перемещаемых с заданной регулиру-
емой скоростью.
Шток внутри преформы упирается в ее дно и вытягивает в продоль-
ном направлении рис. 95, б. Предварительное выдувание со средним
давлением синхронизировано с фазой вытягивания. Степень вытягива-
ние заготовок в продольном и поперечном направлениях обеспечивает
двухосную ориентацию макромолекул, а соответственно, прозрачность
и прочность изделия.
154

Рис. 95
После фазы предварительного растягивания в двух направлениях про-
изводится выдувание под давлением 2-4 МПа (рис. 95, в). Этот процесс
идет в течение 2,5 с (рис. 95, г). Для удаления воздуха из полости формы в
наиболее глубоких местах имеются отверстия диаметром 0,6-1,5 мм.
Для производства пустотелых сосудов инжекционно-выдувным спо-
собом применяются установки различной конструкции, одна из кото-
рых показана на рис. 96.
5<
Рис. 96
Установка имеет основной транспортер 1 с гнездами 2, в которые
вставляют преформы, и транспортер их перемещает (по стрелке) через
все узлы. Каждый из параллельных нагревателей 3 оснащен лампами 4
155

инфракрасного излучения. Кроме того, установка имеет встроенную
нагревательную панель 5. В фазе нагревания такое расположение нагре-
вателей гарантирует равномерное распределение температуры по все-
му объему преформы. Для поддержания температуры на заданном уров-
не и предупреждения нагревания наружных стенок преформ печи
вентилируются. Благодаря теплопроводности полимера за время его на-
хождения в печи происходит выравнивание температур по толщине стен-
ки и по поверхности преформы, которые достигают 110°С.
4.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ Л ИСТОВЫХ ТЕРМОПЛАСТОВ
4.1.	Сущность и разновидность метода пневмовакуумного
формования
При формовании можно выделить три основные стадии:
-	нагрев листа или ленты до температуры, лежащей в диапазоне
высокоэластического состояния материала;
-	создание разности давлений воздуха в пространствах, примы-
кающих к противоположным сторонам разогретого листа; лист де-
формируется, облегая формообразующую поверхность холодной
формы;
-	выдержка отформованного изделия в контакте с холодной фор-
мой с целью охлаждения материала отформованной детали ниже тем-
пературы перехода в твердое состояние (стеклование или кристалли-
зация).
Пневмовакуумформование является одним из основных методов
переработки листовых и пленочных материалов в производстве тары,
деталей холодильников и т. д. На производстве применяется большое
число разновидностей метода. Наибольшее распространение получил
метод негативного формования. Он позволяет формовать изделия, на-
ружная поверхность которых воспроизводит форму внутренней по-
верхности матрицы. Схема негативного формования представлена на
рис. 97.
На рис. 97, а показана схема нагрева листовой заготовки. Первая ста-
дия процесса или стадия свободного формования показана на рис. 97, б.
Из матрицы, над которой закреплена разогретая заготовка, откачивается
156

воздух, создается разность давлений над листом и под ним, и заготовка
начинает деформироваться.
Рис. 97
Стадия формования на инструменте может быть разбита на две: ста-
дию оформления боковых стенок (рис. 97, в) и стадию оформления дни-
ща (рис. 97, г). При соприкосновении разогретого листа с холодными
стенками матрицы образуется корка застеклованного материала, пре-
пятствующая его дальнейшей вытяжке. Вытяжка идет по-прежнему за
счет участков заготовки, не коснувшихся поверхности матрицы, т. е. идет
уменьшение толщины этих участков, утончаются стенки изделия. Наи-
более тонкими они получаются в углах между днищем и стенками изде-
лия (рис. 97, д).
Таким образом, недостатком негативного метода формования явля-
ется значительная разнотолщинность изделия при глубокой вытяжке,
особенно в углах и местах переходов (при малой глубине изделия разни-
ца в толщинах не столь значительна).
Позитивный метод (формование на пуансоне) дает возможность
получить изделие, внутренняя поверхность которых воспроизводит ри-
сунок или тиснение оформляющего инструмента. Этот метод рекомен-
дуется для изготовления изделий, отношение глубины к ширине которых
не превышает 0,5, с плавными переходами между образующими повер-
хностями. При формовании этим методом разогретый лист соприкаса-
ется в первую очередь с верхним торцом пуансона, на котором образу-
ется днище будущего изделия (рис. 98). Это и обусловливает то, что при
позитивном формовании наибольшую толщину имеет днище изделия.
Дальнейшее изменение формы заготовки происходит вследствие вы-
тяжки материала, образующего боковые стенки изделия. Это приводит к
тому, что наиболее тонкой получается горловина изделия. Материал
вдоль стенки формовочной камеры идет обычно в отходы.
157

Свободное формование (формование без оформляющего инстру-
мента) применяют в основном для получения изделий из прозрачных
листовых материалов. Детали, полученные этим методом, отличаются
повышенными оптическими характеристиками.
При свободном формовании лист закрепляется в зажимной раме-
пройме (рис. 99, а\ установленной на вакуумной или пневматической
камере, нагревается и затем формуется, не касаясь, однако, стенок каме-
ры. При этом деформация заготовки продолжается до тех пор, пока не
наступит равновесие между действующим на лист усилием формования
и напряжением, возникающим при этом в самом термопласте. Если уси-
лие формования не уравновешивается напряжением, то деформация за-
готовки будет продолжаться вплоть до разрыва формуемого листа.
При создании преграды заготовки на определенной высоте получа-
ют изделие с плоским или частично плоским днищем (рис. 99, б).
Каждый из рассмотренных методов переработки листовых и пле-
ночных материалов имеет особенности, не позволяющие производить
изделия сложной конфигурации или глубокой вытяжки. В связи с этим
разработаны методы, сочетающие элементы негативного, позитивного,
свободного, механического формования. Негативное формование с
предварительной пневматической вытяжкой (сочетание негативного и
свободного методов формования) показано на рис. 100.
Рис. 100
158

Под листом термопласта, закрепленным в зажимном устройстве и
разогретым до высокоэластического состояния (рис. 100, а), с помощью
сжатого воздуха создается избыточное давление. Лист деформируется,
как в процессе свободного формования (рис. 100, б), при этом его тол-
щина равномерно уменьшается. После достижения листом необходи-
мой степени вытяжки подача сжатого воздуха в матрицу прекращается
и создается формующий перепад давлений, обеспечивающий вхожде-
ние раздутой заготовки внутрь матрицы и плотное прижатие термопла-
ста к рабочим поверхностям формы (рис. 100, в). Предварительная пнев-
матическая вытяжка обеспечивает меньшую разнотолщинность изделий
и позволяет получать изделия более глубокие, чем при простом негатив-
ном формовании.
Позитивное формование с предварительной пневматической вытяж-
кой (сочетание позитивного и свободного метода) показано на рис. 101.
Рис. 101
Негативное формование с предварительной механопневматической
вытяжкой (сочетание негативного, свободного формования и протяж-
ки) показано на рис. 102.
Рис. 102
159

Зажатый в прижимной раме лист нагревается (рис. 102, а) и затем
под действием подаваемого в матрицу сжатого воздуха раздувается в
пузырь (рис. 102, б). Избыточный воздух выходит через стык листа и
матрицы. Сверху в пузырь опускается пуансон (рис. 102, в, г), придаю-
щий заготовке форму, близкую к форме готового изделия. Затем в мат-
рице создают формующий перепад давлений, и лист плотно прилегает к
ее поверхности (рис. 102, д). При рассматриваемом способе формова-
ния изделие получается почти равнотолщинным.
4.2.	Процессы, протекающие при формовании
Процесс пневмовакуумного формования определяется тремя ос-
новными составляющими: нагрев листа, его деформирование в изде-
лие, охлаждение отформованного изделия.
Наиболее часто для нагревания листов применяют инфракрасные
нагреватели. Однако при инфракрасном нагревании по толщине листа
возникает большой температурный градиент Д7, обусловленный низ-
кой теплопроводностью полимера. Разность температур на поверхнос-
тях листа зависит от мощности нагревателя, толщины листа 5 и его удель-
ной теплопроводности X.
Обычно формование проводится, когда нижняя сторона листа амор-
фных полимеров нагревается выше температуры стеклования 7, а крис-
таллических - выше температуры размягчения (плавления) Т . Обогрева-
емая поверхность обычно имеет более высокую температуру, но она не
должна быть выше термостойкости (температуры термодеструк-
ции Г). Разница температур по толщине листа обусловливает темпера-
турный градиент Д7= Т*- зависящий от интенсивности нагревания.
При уменьшении времени нагревания разность температур на поверхно-
стях листа увеличивается, то же происходит при увеличении толщины
листа. При большом градиенте температур по толщине листа полимер на
обогреваемой поверхности может перегреться, что может вызвать его
термическую деструкцию или изменение окраски. Поэтому толстые лис-
товые заготовки обычно нагревают при двустороннем расположении на-
гревателей. В этом случае время нагревания уменьшается в 4 раза.
Интенсивность нагревания во всех случаях выбирается из условия,
что она равна разности температуры термодеструкции и температуры
на нижней стороне листа:
ДГ < Т - Т
Д Н
160

Оптимальные температуры формования для различных материалов
следующие, °C:
АБС-пластик Полистирол ударопрочный Полипропилен Полиэтилен:	140-170 130-160 150-200
низкой плотности высокой плотности Поливинилхлорид непластифицированный Полиэтилентерефталат Полиметилметакрилат	90-120 120-135 100-160 170-200 130-180
Распределение температур при нагревании листов толщиной 2 мм
из ударопрочного полистирола представлено на рис. 103. Температура
на поверхности нагревания 370°C, расстояние до листа 90 мм.
Вторым процессом является деформирование листа, которое сво-
дится к его двухосному растяжению (вытяжке). На первом этапе заго-
товка листа втягивается в полость формы, не касаясь ее стенок. Площадь
свободной поверхности заготовки растет, а объем остается постоянным.
За счет этого толщина листа уменьшается, оставаясь одинаковой по всей
поверхности.
3Q г ...... "—----- ---—1   -----т
200	температура формования^
t, с
Рис. 103
Как только заготовка коснулась холодной стенки формы, на поверх -
ности заготовки по длине контакта появился тонкий слой отвердевшего
материала. Этот слой препятствует вытяжке этого участка заготовки.
Последующей вытяжке подвергается часть заготовки со свободной по-
верхностью, и новый участок контакта с формой образуется уже при
меньшей толщине листа. Таким образом, чем позже точка поверхности
11 Ревяко М.М., Касперович О.М.
161

листа вступит в контакт с формой, тем тоньше будет изделие в области
этой точки. Следовательно, разнотолщинность изделия - это один из
недостатков метода пневмовакуумного формования.
Процесс формования оценивается коэффициентом вытяжки, кото-
рый зависит от размеров и конфигурации изделия. Коэффициент вытяж-
ки по площади листовой заготовки может быть различным и рассчиты-
вается по уравнению
кв=ТбА-1,
где 5л и 8и- тол щи на листовой заготовки и стенки изделия, мм.
Коэффициент вытяжки так же, как и скорость деформации, влияет
на ориентацию макромолекул и прочность изделия.
При вытяжке заготовки, находящейся в эластичном состоянии, ори-
ентационные напряжения возрастают, поэтому с увеличением степени
вытяжки, скорости формования, а также при снижении температуры ли-
ста степень ориентации молекул возрастает, так как при этом замедляются
релаксационные процессы. Ориентационные напряжения в изделиях, от-
формованных в изотермических условиях, степень ориентации которых
одна и та же во всех точках изделия, совпадают по направлению с напря-
жениями, которые возникают в материале под действием усилия формо-
вания. В реальных условиях, как правило, не удается получить изделия с
равномерным распределением ориентационных напряжений.
Изделия с неравномерным распределением ориентационных напря-
жений в большей степени подвержены короблению при работе с повышен-
ными температурами. Появлению термических напряжений способству-
ют температурные градиенты, возникающие при охлаждении заготовки
воздухом и в момент контакта ее с оформляющей поверхностью.
Третий процесс - охлаждение, как правило, осуществляется путем
отвода теплоты стенками формы, обдува изделия сжатым воздухом или
комбинированным способом. В зависимости от метода формования и
конструкции формы, охлаждение бывает односторонним или двухсто-
ронним.
Время охлаждения зависит от температуры формы, температуро-
проводности полимера и толщины стенки изделия. Чем ниже темпера-
тура охлаждающей поверхности, тем меньше время охлаждения, однако
при очень резком охлаждении может произойти коробление изделий,
особенно при изготовлении их из полиэтилена высокой плотности. При
низкой температуре формы затрудняется оформление ребер или ост-
162

рых углов, при высокой температуре формы на изделии после его извле-
чения могут появиться гофры, или складки, вызванные неравномерной
усадкой. Температура формы при переработке кристаллизующихся
полимеров влияет на скорость кристаллизации, степень кристалличнос-
ти и соответственно на качество изделий.
В процессе охлаждения происходит усадка изделий, которая зависит
от степени ориентации макромолекул полимера. При формовании на
пуансоне усадка обычно меньше, так как он препятствует уменьшению
линейных размеров, однако при этом затрудняется съем изделий. Осо-
бенно это опасно при формовании изделий из жестких полимеров, по-
скольку усадка может привести к растрескиванию изделий на пуансоне.
4.3.	Разновидности оборудования для пневмовакуумного
формования
Машины для формования классифицируют по следующим при-
знакам:
-	способ создания формующего давления;
-	количество позиций;
-	вид перерабатываемого материала;
- назначение машины.
По первому признаку различают машины для вакуумного, пневма-
тического формования и машины, на которых можно осуществлять оба
Рис. 104
этих вида формования. Каждый из этих
типов машины может иметь механизмы
для предварительной механической вы-
тяжки.
По второму признаку машины под-
разделяют на одно и многопозиционные.
К однопозиционным относят такие фор-
мовочные машины, на которых все тех-
нологические операции осуществляют-
ся при неизменном положении заготовки,
т. е. на одной позиции.
Однопозиционная вакуум-формо-
вочная установка (рис. 104) состоит из
станины 7, на которой смонтированы па-
нель 2 приборов управления, камера 4
163

формования, подъемный стол 3, нагревательная панель 5, устройство 6
для охлаждения и вакуумная система 7.
Панель приборов управления содержит приборы управления вакуум-
ным насосом, подъемным столом, вакуумной камерой формования, на-
гревом формуемого материала и охлаждением отформованных изделий.
Камера 4 формования представляет собой сварную конструкцию
прямоугольной формы и состоит из нижней неподвижной рамы и вер-
хней прижимной подвижной рамы с противовесом. Камера снабжена
замком, обеспечивающим прижим листа и фиксацию верхней прижим-
ной рамы.
Стол 3 подъемный обеспечивает установку на нем формующего ин-
струмента (пуансона). Стол создает герметичность формовочной каме-
ры при подъеме его в верхнее положение. Нагревательная панель 5 слу-
жит для одностороннего нагревания листовой заготовки термопластичного
материала и включает 6 штук нагревательных элементов.
Устройство 6 охлаждения представляет сварную конструкцию с вмон-
тированными вентиляторами, которые обеспечивают охлаждение отфор-
мованного изделия.
Вакуум-система 7 состоит из вакуум-насоса, ресиверов, коллекто-
ра, расположенных на станине, а также кранов и вакуумметра, располо-
женных на панели приборов управления. Панель с электропневмо-
вакуум ным оборудованием включает блок подготовки воздуха, масло-
распылитель, магнитный пускатель, предохранитель со вставкой и блок
зажимов.
При работе установки листовая заготовка укладывается на торец
формовочной камеры, при отведенных в сторону нагревателе 5 и обду-
вочном устройстве 6, и закрепляется прижимной рамой. Нагреватель 5
устанавливается над листовой заготовкой и включается обогрев. После
нагревания полимера до заданной температуры подъемный стол 3 вме-
сте с пуансоном поднимается вверх, вытягивая заготовку, после чего в
камере 4 создается вакуум и происходит формование изделия на пуан-
соне. Нагреватель 5 во время формования отводится в сторону. Охлаж-
дение изделия происходит за счет холодных стенок пуансона и дополни-
тельно за счет обдува воздухом из устройства 6.
Схема двухпозиционной вакуум-формовочной машины представ-
лена на рис. 105. Машина состоит из вакуум-системы с ресивером 6,
двух механизмов подъема стола 5, двух комплектов оформляющего ин-
струмента /, двух зажимных устройств 2 и нагревателя 3.
164

4
4
Машина также имеет верхние пуансоны 4 для предварительной ме-
ханической вытяжки при негативном формовании.
Для переработки толстостенных материалов наибольшее распрост-
ранение получили карусельные машины. Перерабатываемый листовой
материал совершает циклические передвижения от позиции к позиции.
Схема трехпозиционной карусельной машины представлена на
рис. 106.
Машина состоит из ротора 1 с укрепленными на нем тремя за-
жимными рамами 2, формующей камеры 3, нагревателя 4 и легкой
сварной станины.
Формовщик на позиции / закладывает в зажимную раму термопла-
стичную заготовку и дает команду на ее зажим. Через определенный
момент времени ротор поворачивается
на 120°, и заготовка попадает на пози-
цию //, где происходит ее разогрев. За-
тем ротор поворачивается еще на 120°, и
нагретая заготовка приходит на пози-
цию ///, где происходит формование и ох-
лаждение изделия. При очередном пово-
роте ротора отформованная заготовка
попадает на позицию /, где оператор сни-
мает готовое изделие и закладывает но-
вую заготовку.
Рис. 106
11* Ревяко М.М., Касперович О М.
165

на роторе, а на цепном транспортере
По третьему признаку вы-
деляют машины, перерабатыва-
ющие рулонный материал и от-
дельные заготовки.
По четвертому признаку
машины делятся на универсаль-
ные и специализированные.
На рис. 107 дана схема маши-
ны, на которой в отличие от ка-
русельных машин четыре за-
жимные рамы установлены не
с гидравлическим приводом. При
движении такого транспортера каждая рама останавливается строго против
одного из четырех исполнительных механизмов, в которых соответственно
производиться: I- выемка готового изделия и закладка новой заготовки;
//-нагрев листа; ///-формование; IV-охлаждение струей воздуха.
Для формования изделий из рулонных материалов предназначены
также многопозиционные машины ленточного типа. На рис. 108 приве-
дена схема такой машины с горизонтальным формующим узлом. Ма-
шина предназначена для работы в автоматическом цикле, состоящем из
операций формования тары, заполнения ее продуктом, заварки и вы-
рубки тары. Агрегат состоит из механизмов / размотки рулонного мате-
риала, нагревателя 2, узла 3 формирования, дозатора 7, механизма 6
термосварки, механизма 7 вырубки, транспортера 8 и механизма 9 на-
мотки отходов. С механизма размотки лента термопласта попадает в зону
нагрева, останавливается и находится там в течение определенного вре-
мени. Затем с помощью шагового механизма протяжки нагретый учас-
ток ленты попадает в узел формования, где происходит оформление из-
делий (чаще всего в многогнездной форме) и их охлаждение.
Рис. 108
166

По окончании формовки матрица и пуансон разводятся с помощью
пневмоцилиндров, а участок ленты вместе с отформованными в нем
изделиями 5 (чаще всего мелкой тарой) подается под лоток дозатора.
Тара заполняется жидким или сыпучим продуктом. Следующим ходом
механизма протяжки заполненная тара попадает в механизм термосвар-
ки, где к ней приваривается слой фольги, дублированной полимерной
пленкой. Как правило, в этих узлах используется метод термоимпульс-
ной сварки. Наследующей за механизмом сварки позиции происходит
вырубка готовых упаковок из ленты термопласта. При этом упаковка
попадает на транспортер и оттуда в приемный бункер; перфорирован-
ная лента термопласта сматывается в рулон механизмом намотки отхо-
дов для последующего дробления.
Часто в автоматах для формования мелкой тары с последующим за-
полнением и укупоркой применяется узел вакуумного формования ро-
тационного типа. Это позволяет дискретное движение формуемой ле-
нты заменить непрерывным. Схема такого агрегата приведена на
рис. 109. Он состоит из узла 1 размотки, ленты 2 термопластичного мате-
риала, вращающегося ротора 3 с формующими ячейками, нагревателя 7,
охлаждающего устройства 6, накопителя 5, дозатора 7 с управляемыми
клапанами 8, устройства 9 для размотки фольги, прижимного ролика 10,
узла 11 сварки или склеивания, вырубного устройства 12, направляюще-
го лотка 13 и устройства 14 для сборки и переработки остатков ленты.
Рис. 109
В случае укупорки тары объемными крышками применяют автоматы,
подобные показанному на рис. 110. Он состоит из двух узлов размотки
термопластичной ленты 1, направляющих роликов 2, 7 и 4, двух формую-
167

щих роторов 3, автоматического питателя 5, подающего штучные изделия 6,
узла 8 сварки (или склейки) и вырубки упаковок, механизма 10 сбора отхо-
дов ленты и желоба (или транспортера) для приема готовых упаковок 9.
Рис. 110
Формование изделий на описанном выше оборудовании связано как
бы с двойными энергетическими затратами; ведь при получении листов и
пленки методом экструзии или вальцевания они выходят из перерабатыва-
ющей машины разогретыми до температуры высокоэластичного состоя-
ния, т. е. до температуры, при которой их можно формовать. Затем листы и
пленка на специальных устройствах охлаждаются, упаковываются и транс-
портируются на формование, а в процессе формования вновь затрачивает-
ся энергия на их разогрев до высокоэластичного состояния. Этот недоста-
ток ликвидируется при применении автоматических линий, в состав которых
входят вальцы или экструдер, производящие листовой материал, и формо-
вочная машина (чаще всего многопозиционная ленточного типа).
На рис. 111 дана схема такой установки, состоящей из экструдера 2 и
формующей машины 4. Гранулированный термопласт поступает в бун-
кер /, попадает в материальный цилиндр, расплавляется, сжимается и
выдавливается через оформляющую головку в виде непрерывной лен-
ты 3, которая подхватывается транспортером 5.
На транспортере установлены матрицы, в которых в узле 6 происхо-
дит формование изделия. Далее, продвигаясь в матрицах по транспорте-
ру, изделия охлаждаются и вырубаются на позиции 7. Готовые изделия
по лотку 8 падают в приемную тару, а отходы ленты 9 возвращаются на
повторную переработку и попадают сначала в дробилку 10, смонтиро-
ванную в верхней части бункера, а оттуда - в бункер экструдера.
168

Рис. Ill
К достоинствам машин типа «экструдер - формующий агрегат»
можно отнести снижение энергозатрат, равномерность нагрева листа,
снижение затрат на транспорт и обработку исходного материала, а к
недостаткам - сложность управления и необходимость точной синхро-
низации работы отдельных узлов агрегата.
Другой современной разновидностью термоформования является так
называемое «топформование» (рис. 112), при котором вначале на литьевой
червячной машине 1 формуется листовая заготовка (рис. 112, а). Затем эта
заготовка распрессовывается между плоским торцом головки 2 и плоской
плитой основания 3 и превращается в лист 4 (рис. 112, б). Полученный
горячий лист захватывается зажимной рамой (на схеме не показана) и пере-
носится на позицию вакуумформования (рис. 112, в), где он устанавливает-
ся над формой 5. Вначале лист подвергается предварительной механичес-
кой вытяжке пуансоном 6, азатем окончательно формуется под действием
вакуума, создаваемого в форме 5. Отформованное и охлажденное изде-
лие 7 выталкивается из формы и направляется в приемную тару (рис. 112, г).
169

К преимуществам метода относится малая энергоемкость, уменьше-
ние отходов, поскольку листовой заготовке легко придать любую форму,
возможность получать заготовку с заданным распределением толщины.
4.4.	Конструкция основных узлов машин для пневмовакуумного
формования
Нагреватели. При радиационном способе нагрева в качестве нагре-
вателей сопротивления используют нихромовую проволоку или ленту.
Открытые (т. е. непосредственно сообщающиеся с атмосферным возду-
хом) нагреватели в настоящее время практически не применяются по
двум причинам. Во-первых, нагрев проволоки вызывает ее удлинение и
провисание, что нарушает плоскостность греющей поверхности, обра-
зованной множеством натянутых лент (или проволок). Во-вторых, кон-
такт с кислородом воздуха, омывающего нагретую проволоку при есте-
ственной конвекции, вызывает ее интенсивное окисление. Скорость
окисления зависит от температуры проволоки, поэтому достаточная дол-
говечность открытых нагревателей может быть обеспечена только при
относительно низких температурах (около 400°С). Мощность излучения
и скорость нагрева листа при этом невелики.
Конструкции радиационных электронагревателей различаются по
способу заделки нихромовой проволоки.
В первом типе нагревателей используются керамические цилинд-
рические отверстия, в которые вставляется проволока в виде прутка или
спирали (рис. 113).
—Токоподвод
Керамикап
Простран-
ство 1
Крепежный штупер (форфор)
Нагревательная спираль
Рис. 113
170

Отверстия по торцам стержня сообщаются с атмосферой, так что
контакт с кислородом воздуха не исключен, однако скорость поступле-
ния кислорода воздуха к поверхности проволоки в десятки раз меньше,
чем в открытых нагревателях. Температура проволоки в этих нагревате-
лях может достигать 700°С. Одна из важных функций керамики - опор-
ная: проволока не провисает, и расстояние между излучающей и обо-
греваемой поверхностями поддерживается постоянным.
Во втором типе нагревателей в качестве рабочих элементов при-
меняют так называемые трубчатые электронагреватели (ТЭНы). ТЭН
представляет собой трубку, выполненную из жаропрочного металла.
Внутрь трубки введена нихромовая спираль. Пространство между спи-
ралью и внутренними стенками трубки заполнено сильно уплотненным,
порошковым материалом с высокой теплопроводностью и хорошими
электроизоляционными свойствами, например оксидом магния. Кон-
такт проволоки с кислородом воздуха здесь практически исключен.
Недостатки этих двух типов нагревателей следующие. Большая мас-
са ограждающих проволоку конструкций требует дополнительного ко-
личества тепла на ее прогрев до рабочей температуры. Время прогрева
составляет 10-15 мин. После выключения нагреватели еще длительное
время излучают запасенное ими тепло. В связи с этим такие нагреватели
целесообразно эксплуатировать в стационарном режиме без выключе-
ния в каждом цикле. Такой режим приемлем для многопозиционных
машин, где практически в течение всего времени работы нагревателя
под ним находится листовая заготовка. Если же их используют в однопо-
зиционных машинах, то, отводя от заготовки, нагреватель располагают
над листом материала с низкой теплопроводностью и хорошей отража-
ющей способностью (например, фольгированного асбеста). Это пре-
дотвращает непроизводительное излучение тепла в атмосферу во время
выстоя нагревателя.
Другой недостаток керамических нагревателей и ТЭНов состоит в
том, что у них излучает тепло не поверхность нихромовой проволоки, а
наружная поверхность керамики или ТЭНа. Температура излучающей
поверхности значительно ниже, чем у проволоки, поэтому мощность
излучения гораздо меньше, чем у открытой проволоки. Этих недостат-
ков лишены нагреватели с кварцевым изолятором.
В третьем типе нагревателей нихромовая проволока введена в тон-
кую прозрачную трубку из кварцевого стекла, заполненную инертным
газом. Эти нагреватели малоинерционны, поэтому могут работать в цик-
171

лическом режиме. Контакт с кислородом полностью отсутствует, и темпе-
ратура проволоки может быть доведена до 2200°С. Излучает тепло непос-
редственно горячая проволока, так что мощность излучения этих нагре-
вателей значительно больше, чем у нагревателей типов, описанных выше.
Независимо от типа нагреватели располагаются в одной плоскости и
монтируются на раме. Со стороны, противоположной обогреваемому
листу, и с боков набранный таким образом пакет нагревателей экрани-
руется отражателем из тонколистового полированного алюминия. От-
ражатель возвращает попадающее на него излучение нагревателей на
лист полимера. Снаружи отражатель покрыт теплоизоляцией в виде
листового асбеста и защитным кожухом.
Нагреватели могут быть классифицированы также по степени под-
вижности относительно обслуживаемой ими зоны. Различают подвиж-
ные, стационарные и полу стационарные нагреватели.
Подвижными нагревателями оснащаются однопозиционные маши-
ны. В каждом цикле нагреватель подводится к листу только на время его
прогрева, а затем отводится, чтобы не мешать работе подвижных рабо-
чих органов машины и не греть лист на стадии охлаждения его в форме.
В многопозиционных машинах нагреватели установлены стационар-
но. В машинах, перерабатывающих рулонные материалы, используют-
ся нагреватели полустационарного типа. При работе машины он непод-
вижен, однако во время непредвиденных остановок машины его нужно
отводить от листа, так как длительный прогрев даже от выключенного
(но медленно остывающего) нагревателя может вызвать термодеструк-
цию материала и загазованность производственного помещения.
Зажимные устройства. К зажимным устройствам предъявляются сле-
дующие требования: возможность зажима листов разных размеров - для
универсальных машин (это требование обеспечивается комплектацией
машины набором зажимных рам разных размеров); возможность зажи-
ма листов разной толщины; быстрота зажима листа и съема изделия; рав-
номерность и герметичность зажима по периметру листа.
Усилие зажима листа при формовании можно определить по зави-
симости
где q - удельное давление зажима (должно быть меньше предела текуче-
сти термопласта при температуре формования), МПа/см2;
П - периметр зажимаемого листа, м;
В - ширина зажимаемой кромки, м.
172

По принципу действия все зажимные устройства можно разделить
на два типа: рамные и лепестковые.
Устройство рамного типасъсчст из двух рам (верхней и нижней),
между которыми закрепляется лист. Как правило, нижняя часть рамы
остается неподвижной. Например, в однопозиционных машинах мно-
гих типов нижняя часть рамы закреплена непосредственно на формо-
вочной камере. Верхняя часть рамы при закладке заготовки и съеме
готового изделия или откидывается на шарнирах (зажимное устройство
раскрывается как книга), или приподнимается параллельно нижней час-
ти рамы.
На машинах с ручным и полуавтоматическим циклом, в кото-
рых загрузка листа и съем изделия производятся вручную, при бо-
льших габаритах рамы предусмотрены специальные устройства,
обеспечивающие безопасность работы формовщика в зоне откры-
той рамы.
При ручном приводе для закрепления листа в раме обычно исполь-
зуют кулачковые зажимы. Для закрепления используют пневматичес-
кий и гидравлический привод. Гидропривод целесообразно применять
только в тех случаях, когда он используется в машине, например, в прес-
совой части. В зависимости от габаритов рамы применяют или цилинд-
ры, обеспечивающие как раскрытие рамы, так и зажим заготовки, или
цилиндры двух видов, один из которых обеспечивает раскрытие рамы, а
другие - зажим заготовки. Первый вариант применяется для более лег-
ких машин. Его пример дан на рис. 114. Два качающихся цилиндра 1
закреплены на формовочной камере 2, с которой неподвижно связана
нижняя часть 3 рамы. Верхняя часть 4 рамы поворачивается относи-
тельно шарнира 5.
Рис. 114
173

Одна из возможных конструкций зажимной рамы с раздельными
цилиндрами зажима заготовки и подъема рамы приведена на рис. 115.
Подъем верхней части рамы 2 обеспечивается цилиндром /, а зажим
заготовки производится четырьмя цилиндрами 5 с помощью захватов V,
закрепленных на нижней части рамы 3.
Чтобы обезопасить работу формовщика в зоне открытой рамы, на
машинах с ручным зажимом заготовки применяют, как правило, пру-
жины, подставки или противовесы, удерживающие рамы в открытом
состоянии. Ниже показаны страхующие противовесы на откидной раме
(рис. 116, а) и на поднимающейся раме (рис. 116,6).
Более прогрессивными, хотя и менее распространенными, являют-
ся лепестковые зажимные устройства. Они легче, удобнее и безопас-
нее в работе. Схема такого устройства приведена на рис. 117.
Рис. 117
Нижняя часть зажима 1 неподвижна, его верхняя часть 2 может по-
ворачиваться на 90° относительно шарнира 3. В нерабочем положении
в качающийся цилиндр 4 давление не подается и вследствие натяжения
пружины 5 зажим открыт. После установки листовой заготовки в ци-
174

Рис. 118
линдр 4 подается рабочее давление и под его дей-
ствием закрепляется листовая заготовка 6. По окон-
чании цикла формования цилиндр охолащивает-
ся, и пружина 5 открывает зажим.
Как в рамных, так и в лепестковых зажимных
устройствах лист термопласта чаще всего закреп-
ляется между резиновой вставкой, изготовляемой
из пористой теплостойкой резины, и металличес-
ким выступом. Резиновая вставка укрепляется
обычно на нижней части рамы или на нижнем лепестке, а металличес-
кий выступ - сверху (рис. 118). Выступ не должен быть острым, чтобы
не вызвать прорыва тонкого и раскалывания хрупкого термопласта.
Зажимы устройств для формования листа с проскальзыванием вы-
полняют таким образом, чтобы возможно было в широких пределах регу-
лировать усилие прижима. Для этих целей наиболее распространен за-
жим в виде двух гуммированных валков, прижимаемых один к другому
пружинами, снабженными устройствами для регулирования их усилия.
Температуру зажимного устройства необходимо поддерживать по-
стоянной. Применение обогрева или охлаждения зависит от природы пе-
рерабатываемого материала. Например, полиэтиленовый лист прилипа-
ет к горячей поверхности рамы, а при формовании ударопрочного
полистирола температуру рамы лучше поддерживать в пределах (50-60°С).
Для увеличения КПД нагревателя иногда на зажимных рамах уста-
навливают рефлекторы. Выполненные из тонколистовой хромирован-
ной стали рефлекторы обеспечивают использование части теплового
излучения (при теплорадиационном обогреве), которое терялось бы при
Рис. 119
их отсутствии. Еще одно преимущество уста-
новки таких отражателей заключается в том,
что в большинстве случаев по периферии за-
готовки наблюдаются наибольшие потери, а
установка рефлекторов помогает их частич-
но компенсировать. Угол наклона рефлекто-
ра определяется в зависимости от размеров
нагревателя, его удаленности и конструкции.
Пример установки рефлекторов показан
на рис. 119. На верхней части зажимного уст-
ройства 7, обеспечивающего закрепление за-
готовки 2, устанавливается рефлектор 3.
175

Пневмовакуумные системы предназначены для создания вакуума и
избыточного давления. Вакуум используют для создания перепадов дав-
ления, обеспечивающих формование изделия. Вакуум-система включает
вакуум-насос, ресивер, клапаны, трубопроводы и вакуумметр. Для целей
вакуум-формования используют так называемые насосы низкого вакуу-
ма, т. е. насосы, которые создают при нулевой производительности мини-
мальное давление порядка 10-4 МПа. К насосам этого типа относят порш-
невые одно- и двухступенчатые, ротационные пластинчатые насосы.
Пневмосистемы для создания давления формования и для вспомога-
тельных целей используют питание пневмоцилиндров привода различных
узлов машины и др. Все машины в зависимости от вида пневмосистем
можно разделить на два вида: машины, имеющие собственный компрес-
сор и ресивер, и машины, рассчитанные на питание сжатым воздухом от
цеховой магистрали. Как правило, все формовочные машины потребляют
сжатый воздух с давлением 0,4-2,5 МПа. Наибольшее распространение в
формовочных машинах имеют поршневые компрессоры.
Время формования листа, в течение которого из формы отводится
воздух, не превышает 1-3 с, что составляет не более 1-2% общего вре-
мени цикла формования изделия. При формовании крупногабаритных
изделий за это время из формы отводится до 50 дм3 воздуха. Если бы
откачивание воздуха из формы осуществлялось непосредственно ваку-
ум-насосом, то потребовался бы насос большой производительности,
по габаритам близкий к самой машине. Вместе с тем этот насос простаи-
вал бы в течение 98-99% времени цикла. Во избежание столь нерацио-
нального использования вакуум-насоса в вакуумную систему вводят
ресивер.
Насос может откачивать из ресивера воздух в течение всего цикла
(т. е. практически непрерывно), а в момент начала формования листа
ресивер соединяется с формой, и воздух из нее истекает в ресивер под
воздействием развившегося в нем вакуума. Производительность и ме-
таллоемкость насоса в этом случае могут быть в 50-100 раз меньше, чем
при непосредственном соединении его с формой.
Необходимая производительность Q насоса в системе с ресивером
может быть рассчитана как
где Иф - объем полости формы или формующей камеры, из которой
требуется откачивать воздух, м3;
176

/ц - время цикла формования, ч;
к- коэффициент запаса, равный 1,1-1,3.
Чем меньше остаточное давление в форме /?ф в процессе формова-
ния, тем больше движущая сила этого процесса, равная разности между
атмосферным давлением /?0 и величиной р \
Лр = Ро~ рф,
и тем, следовательно, быстрее формуется изделие. Далее, чем больше
значение Др в конце стадии формования, т. е. когда формуемый лист
уже контактирует практически со всей поверхностью матрицы или пу-
ансона, тем лучше прижим листа к форме и воспроизведение листом
всех деталей ее конфигурации. Таким образом, наилучший режим
формования обеспечивается, если движущая сила процесса формова-
ния Др имеет максимально возможное значение и это значение остает-
ся постоянным в течение всей стадии формования. Однако, как показа-
но ниже, этот режим может быть соблюден лишь приближенно и при
условии правильного выбора объема ресивера. Схема, поясняющая
расчет необходимого объема ресивера, показана на рис. 120.
Условие постоянства массы воздуха в системе форма - ресивер в
любой момент стадии формования может быть записано в виде
Л/ф + Рр(/р= const,
где Иф и И, рф и рр - объемы и давления воздуха в форме и ресивере
соответственно.
Рис. 120
Можно выделить три состояния системы форма - ресивер.
Состояние I. Перед формованием вакуум-насос развил в ресивере 2
остаточное давление р Л и отключился. Вентили 3, 4 и 5, соединяющие
1 р()	71
12 Ревяко М.М., Касперович О.М.
177

ресивер с насосом и формой /, закрыты. В полости формы, герметично
закрытой листом, давление атмосферное.
Состояние II. Вентили 3,5 открыты, и часть воздуха из формы прак-
тически мгновенно перетекла в ресивер; давление в форме и ресивере
уравнялось и приняло значениерн:
Р*=РР=Рн-
С этого момента начинается втягивание листа в полость формы под
воздействием движущей силы Ар , равной
ДЛ, = Ро - Р„ •
Следует заметить, что так как часть воздуха из формы перетекла в
ресивер, то давление в немр* стало большим, чем исходноеppQ в состо-
янии I. По этой причине движущая сила формования Дрн оказывается
меньше максимально возможного ее значения Ар , равного
1 max’ г
ДРмах = А - РрО-
Состояние III. Атмосферное давление вдавило лист в форму, и весь
воздух из нее перетек в ресивер, за счет чего давление в нем возросло по
сравнению с состоянием II и приняло значениерк. Давление в форме по-
прежнему такое же, как давление в ресивере и равнорк. Так какр> рн, то
движущая сила процесса в конце стадии формования, равная
оказывается меньше, чем в начале этой стадии.
Зависимость параметров режима формования от отношения объе-
ма ресивера к объему формы представлено на рис. 121. Из рисунка
видно как изменяется с ростом объема
ресивера движущая сила в начале Арн и
в конце Арк формования, а также их раз-
ность Арн - Дрк. Видно, что уже при дос-
тижении этой разности, равной 0,6-
0,8 МПа, движущая сила становится прак-
тически постоянной в течение стадии
формования и приближается к своему
значению, равному 0,1 МПа. В связи с
этим объем ресивера пневмовакуум-
формовочной машины не делают боль-
шим, чем 6-8 объемов формующей ка-
меры или формы.
178

Ресиверы вакуум-систем представляют собой обычно сварные обо-
лочки из листовой стали, состоящие из цилиндрической обечайки и эл-
липтических днищ. Ресиверы рассчитывают на устойчивость как сосу-
ды, работающие под внешним давлением. Для упрочнения стенок
ресиверов рекомендуется применять в них внутреннее оребрение. Ва-
куумные коммуникации внутри машины выполняют из бесшовных сталь-
ных труб, вакуумных резиновых шлангов и медных трубок.
Привод формовочных машин обеспечивает: перемещение рабочих ор-
ганов (зажимных рам, пуансонов, матриц, вырубных устройств), создание
ими необходимых рабочих усилий, перемещение рулонного материала.
В связи с наличием в машинах пневмосистем, обслуживающих вы-
полнение технологических операций (предварительная вытяжка листа,
прижатие его к формообразующей поверхности), наиболее распрост-
ранены в качестве привода пневмоцилиндры.
Технологическое усилие устройств, обеспечивающих предваритель-
ную механическую вытяжку формуемой заготовки, можно определить
по формуле
Q = SqB,
где S - площадь термопласта, на которую воздействует данное устрой-
ство, см2;
<7в - удельное давление предварительной вытяжки, МПа/см2:
^=(b5-2)Ap,
где Др - оформляющий перепад давлений.
Технологическое усилие, создаваемое цилиндрами, запирающими
зажимные устройства, рассчитывают по формуле
п
где q - удельное давление зажима, МПа/см2;
П - периметр зажимаемой заготовки, м;
В - ширина зажимаемой кромки, м;
п- число цилиндров, обеспечивающих зажим заготовки.
Технологическое усилие вырубных устройств:
б>о п'«,
где оср - предел прочности на срез данного термопласта;
П - периметр вырубаемого изделия;
8 - толщина термопласта в месте вырубки.
179

Рис. 122
В некоторых моделях формовочных
машин возвратно-поступательное дви-
жение отдельных механизмов осуществ-
ляется с помощью пары винт - гайка,
приводимой от электродвигателя. Основ-
ными отличительными признаками
пары винт-гайка являются высокая точ-
ность производимых ею перемещений,
большое передаточное отношение, плав-
ность и бесшумность работы, легкость
обеспечения самоторможения, возмож-
ность передачи больших усилий.
Наиболее сложными являются при-
воды, обеспечивающие перемещение
рам в многопозиционных машинах ро-
тационного типа. Так как роторы этих машин обычно массивны и име-
ют большую инерцию, то для их точного останова используют фиксато-
ры или тормозные устройства. В механизмах поворота с приводом от
гидро-или пневмоцилиндра передающими устройствами может быть
пара шестерня - зубчатое рейка, храповые механизмы (рис. 122).
Храповое колесо, жесткозакрепленное на оси 5 ротора, поворачивай-
ся от усилия, создаваемого штоком основного качающегося цилиндра /.
Шток этого цилиндра заканчивается роликом 3. При подаче рабочей жидко-
сти пли сжатого воз о ла в поршневую полость цилиндра / его шток подхо-
ди г к храповому колесу, входит в один из его пазов и поворачивает ротор.
Положение ротора фиксируется с помощью фиксатора, а шток цилиндра /
отводится назад. Цилиндр 2 предназначен для поджатия ролика 3 к пазу
храпового колеса и для возвращения цилиндра 1 в исходное положение.
Для управления работой цилиндров служит система конечных вык-
лючателей. Время между поворотом ротора задается с помощью реле
времени.
5. КАЛАНДРЫ И КАЛАНДРОВЫЕ МАШИНЫ
5.1. Принцип действия каландров и выполняемые на них операции
При каландровании происходит непрерывное продавливание поли-
мерного материала через зазор между вращающимися навстречу друг
180

другу обогреваемыми полыми валками, в результате которого образу-
ется бесконечный тонкий лист или пленка. В отличие от обработки на
вальцах, основной целью технологических операций, выполняемых на
каландрах, является не изменение состояния или строения материала, а
придание ему формы листа или наложение слоя полимера заданной
толщины на листовой материал, непрерывно подаваемый в зазор меж-
ду валками. В связи с этим требования к поверхности валков и точности
поддержания зазоров между ними высокие. Каландры работают только
в непрерывном режиме, и материал пребывает в каждом зазоре только
один раз.
Обычно каландрование производят на специализированных ус-
тановках - каландровых агрегатах, главной частью которых является
каландр. Схема типичного агрегата для изготовления пленки из ПВХ
приведена на рис. 123. Приготовление композиции осуществляется
в смесителе закрытого типа / (или смесителе непрерывного дейст-
вия). Готовая смесь выгружается из смесителя на валки питательных
вальцов 2, срезаемая с валков лента направляется в верхний зазор ка-
ландра 4.
По пути к каландру лента проходит мимо головки 3 детектора метал-
ла, прекращающего подачу массы в случае присутствия в ней крупных
металлических включений. Этим предотвращается опасность повреж-
дения валков попадающими в полимер металлическими предметами.
Если питание каландра осуществляется от экструдера 9, на нем устанав-
ливается стрейнирующая головка, решетка которой не пропускает ни-
каких твердых предметов. В этом случае необходимость в установке де-
тектора металла отпадает.
Рис. 123
Выходящая из каландра 4 пленка поступает на охлаждающие бара-
баны 5; затем пленка проходит через толщиномер <5, приспособление 7
12* Ревяко М.М., Каспсрович О.М.
181

для обрезания кромки и принимается на бобину закаточного устрой-
ства 8.
Кроме того, на каландрах выполняют операции по односторонней
или двухсторонней обкладке тканей, а также операцию тиснения повер-
хности уже сформованного листового материала.
Рассмотрим порядок выполнения этих операций на универсаль-
ном четырехвалковом каландре. Как видно из рис. 124, а каландр
помимо основных рабочих органов (четырех валков 7, 2, 6 и 7) име-
ет множество вспомогательных механизмов: транспортеры 4 и 10
для подачи смеси и для приема готового изделия или полуфабрика-
та 5; приводные 8 и И или свободно вращающиеся 3, 72, 13, 14
ролики для протягивания, направления или прижима к валку листо-
вых материалов; наконец, кронштейн 15 для установки на нем шпуль,
на которые наматывается (или с которых сматывается) рулонный ма-
териал.
Рис. 124
Односторонняя обкладка ткани (рис. 124, б). Ткань, сматываясь с
рулона 7, проходит через три направляющих ролика и затягивается в
зазор между валками 3 и 4, куда поступает также и полимерная смесь.
Прежде чем попасть в зазор, ткань некоторое время находится в контак-
те с горячим валком 4 и прогревается, что повышает надежность после-
дующего соединения ее с полимерной смесью. Обкладка осуществляет-
ся при практическом отсутствии фрикции между валками 3 и 4. При
182

обкладке коэффициент фрикции может иметь значение до 1,4. Разность
скоростей валков способствует более глубокому проникновению ком-
позита в поры ткани. Готовая ткань, выйдя из зазора, наматывается на
среднюю приводную шпулю 2.
Если необходима обкладка второй стороны ткани (рис. 124, в\ то
рулон снимают со средней шпули 2 и устанавливают вновь на ниж-
нюю шпулю 3, на верхней же шпуле / устанавливается рулон про-
кладочной ткани. Обкладка осуществляется следующим образом
(рис. 124, б). На шпулю 2 вместе с тканью, покрытой с двух сторон
смесью, наматывается прокладочная ткань, предотвращающая слипа-
ние продукта в рулоне.
Одновременная двухсторонняя обкладка (рис. 124, г). Ткань, сма-
тываясь с рулона 7, валиком 2 прижимается к горячей смеси на валке 3
и затем попадает в зазор между валками 3 и 4, где встречается со вторым
слоем смеси. Приводным 5 и прижимным 6 роликами дублированная
полимером ткань подается на последующую обработку или на намотку
в рулон с прослоечной тканью.
Дублирование (рис. 124, д). Его выполняют, если, например, на ткань
необходимо наложить дополнительный слой полимерной смеси. Ткань
сматывается с рулона 7, причем прокладочная ткань, предотвращавшая
слипание рулона, тут же наматывается на шпулю 2. Подлежащая дубли-
рованию ткань, проходя через направляющие валики, прижимным ва-
ликом 3 прикатывается к слою полимерной смеси на валке 4 и сразу
подается на приемный транспортер 5.
Листование смеси (рис. 124, е). Полимерная смесь транспорте-
ром 7 подается в зазор между валками 2 и 3 предварительной калибров-
ки. Последующее двухкратное пребывание в межвалковых зазорах обес-
печивает высокую точность окончательной калибровки. Готовый лист
отводится от каландра транспортером.
По технологическому признаку каландры делятся налистовалъные,
промазанные, обкладочные (дублирующие) и тиснильные. Эти типы
каландров, так же как и вальцы, различаются коэффициентом фрикции
и набором вспомогательных механизмов. Все они выпускаются с при-
водом, позволяющим изменять частоту вращения валков в интерва-
ле 1-10. Минимальная (заправочная) окружная скорость поверхности
валков должна быть не более 6 м/мин.
Кроме отмеченных специализированных типов выпускаются уни-
версальные лабораторные и промышленные каландры. Конструкция
183

последних предусматривает бесступенчатое изменение коэффициен-
та фрикции валков и достаточно полный набор вспомогательных меха-
низмов.
Основные классификационные конструктивные признаки каланд-
ров - это число валков и их размеры. Ряд длин валков каландров опре-
делен в ГОСТ 11993-71 следующим образом: 320; 500; 600; 1250; 1500;
2800 мм. Рекомендуется следующий размерный ряд валков каландров
(диаметр х длина, мм): 500 х 1250; 710 х 1800; 950 х 800. Обозначение
каландров (например, 3-710-1800П) содержит информацию о количе-
стве валков (3), их диаметре (710 мм) и длине (1800 мм), а также о распо-
ложении привода (правое).
Последний из основных конструктивных признаков, по которым
классифицируют каландры, - это взаимное расположение валков:
Г-образное (рис. 125, а), L-образное (рис. 125, б), вертикальное
(рис. 125, <>’), треугольное (рис. 125, ?), Z-образное (рис. 125,6), S-образ-
ное (рис. 125, в).
5.2. Конс1рукння каландра
Четырехвалковый 1 -образный каландр с валками диаметром 710 мм
и длиной рабочей часз и 1800 мм предназначен для изготовления пленки
из пластифицированного полихлорвинила толщиной 0.08 0,5 мм
(рис. 126).
184

Рис. 126
Валки /, 2,3 и 4 на подшипниках 5 скольжения установлены на двух
станинах 6, расположенных на двух фундаментных плитах 7. В верхней
части станины связаны между собой сварными траверсами 8.
Подшипники выносного, верхнего 2 и нижнего 4 валков могут пере-
мещаться по соответствующим направляющим сзанин для создания
необходимого (до 40 мм) зазора между валками.
11одшипники среднего валка 3 перемещаются в горизонтальном на-
правлении, создавая перекос среднего валка по отношению к верхнему
и нижнему валкам; максимальная величина перекоса 32 мм. Подшип-
ники выносного, верхнего и нижнего валков перемещаются при помо-
щи механизмов 9 регулирования зазора, которые представляют собой
трехступенчатые червячные редукторы с электродвигателями типа П-42
(/V - 1,5 кВт при п = 1000 об/мин). Эти механизмы обеспечивают переме-
щение валков при регулировании зазора со скоростью 0,4-2,0 мм/мин.
Механизмы регулирования зазора установлены на каждой стороне вал-
ка независимо друг от друга.
Ход подшипников при раздвижке ограничивается конечными выклю-
чателями.
Для обеспечения заданной толщины каландрируемой пленки преду-
смотрены механизмы К) выбора люфчов в подшипниках и в звеньях
механизмов регулирования рабочего зазора. Нагрузка на валки создаст-
ся тарельчатыми пружинами. Наличие этих механизмов позволяет вести
приработку подшипников валков после монтажа без использования для
185

этого перерабатываемой массы. Максимальная сила действия пружин
на валок 20 000 кг.
Для компенсации неровности толщины пленки по ширине листа за
счет прогиба валков от распорных усилий на каландре предусмотрено
перекрещивание оси среднего валка по отношению к верхнему и ниж-
нему.
Перекос среднего валка осуществляется при помощи механизма И
перекоса, который состоит из червячного редуктора с электродвигате-
лем типа АО 41-4 (N = 1,7 кВт при п = 1420 об/мин). Механизм связан
общим валом с двумя червячными парами 72, находящимися в специаль-
ных проемах правой и левой станин.
Для постоянного прижима подшипников перекашиваемого валка к
нажимным винтам установлены два гидроцилиндра 13, расположен-
ные на станинах каландра. Давление масла 115 кг/см2 в гидроцилиндрах
механизма перекоса создается установкой мультипликатора. В каландре
предусмотрены указатели перекоса, а также конечные выключатели,
ограничивающие величину перекоса.
Для ограничения растекания смеси вдоль валков и получения необ-
ходимой ширины пленки на валках имеются ограничительные стрелы.
Рабочие валки каландра отливаются из чугуна или стали. Твердость
поверхности бочки HRC 55-60, шероховатость - 12-го класса.
Валки обогреваются и охлаждаются циркулирующим по сверленым
каналам теплоносителем. Рабочая температура валков 180°C ± 1,5°C. Для
поддержания заданной рабочей температуры валков каландра пре-
дусмотрена автоматическая станция 14, состоящая из четырех устано-
вок. Каждая установка готовит теплоноситель необходимой температу-
ры на свой валок отдельно. Подпиточная установка поддерживает
постоянный уровень теплоносителя в бачках установки. Управление ус-
тановками - автоматическое и ручное. Термопары установлены в мес-
те подвода и отвода теплоносителя из каждого валка.
Поступающая на каландрование полихлорвиниловая масса специ-
альным питателем 15 попадает в зазор между верхним и выносным вал-
ками. Проходя средний и нижний валки, масса листуется в пленку задан-
ной толщины.
После нижнего валка пленка поступает на валок, где обрезаются кром-
ки до заданной ширины. Обрезанная кромка в виде ленты при помощи
поворотных роликов 16 возвращается вновь в рабочий зазор между вер-
хним и выносным валками.
186

Затем пленка поступает на холодильный барабан /7 для предвари-
тельного охлаждения и на тиснильное устройство для нанесения рисун-
ка. Далее пленка поступает на охлаждающие устройства 18. Привод тис-
нильного устройства - от валков каландра.
Для обрезки кромок пленки на каландре предусмотрены ножи 20.
Лезвие ножа монтируется на вертикальной качающейся штанге, закреп-
ленной в кронштейне с помощью державки. Конструкция державки
позволяет регулировать положение ножа как в вертикальном, так и в
горизонтальном положении.
Для измерения толщины прокатываемой пленки в каландре преду-
смотрена установка бесконтактных толщиномеров. Импульсы от датчи-
ков измерения толщины пленки через систему автоматики передаются
на механизм регулирования рабочего зазора между средним и нижним
валками, чем поддерживается заданная толщина пленки в пределах до-
пуска.
Для аварийной остановки каландра предусмотрено устройство 2/,
состоящее из тросов, соединенных с конечными выключателями. При
нажиме на трос каландр останавливается за 1/4 оборота валков (тормо-
жение электродинамическое).
Каландр запускается и останавливается с центрального пульта уп-
равления. Привод каландра (на каждый валок отдельно) - от электродви-
гателей 22 постоянного тока типа П102 (У =75 кВт прия= 1250 об/мин)
через блок-редуктор 23 (передаточное число 44,82) и универсальные
шпиндели 24. Блок-редуктор представляет собой четыре самостоятель-
ных одинаковых редуктора, смонтированных в одном корпусе. Привод
индивидуальный на каждый валок. Указанный привод обеспечивает пе-
ременную фрикцию между валками и регулирование окружной скоро-
сти валков в пределах от 6 до 60 мм/мин.
Смазка валковых подшипников циркуляционная (масло МК-22), осу-
ществляется от масляной станции 25. На маслопроводе к каждому под-
шипнику установлены регулирующие вентили. В зависимости от режи-
ма работы каландра масло подогревается паром или охлаждается водой.
Механизм регулировки зазора смазывается консистентной смазкой от
питателя ПРГ-6.
Валки каландра (рис. 127) имеют рабочую часть А, называемую
бочкой, место Б под установку подшипника - шейка, или цапфа, место В
под монтаж приводящей шестерни-хвостовик. Отношение диаметров
шейки и бочки лежит пределах 0,5-0,72.
187

A
Рис. 127
Бочки валков каландров часто имеют увеличивающийся к их сере-
дине диаметр (бомбировка валков); разность диаметров при этом не
превышает 0,1 -0,2 мм. Бомбировка в значительной степени компенси-
рует непостоянство межвалкового зазора по длине валков, возникаю-
щее из-за их прогиба под действием распорного усилия.
Рабочие поверхности валков тщательно полируют для получения
листов и пленок с поверхностью высокого качества. С этой же целью к
точности изготовления валков каландров предъявляются повышенные
требования. Так, несоосность бочки и шеек, а также овальность бочки
не должны превышать 0,005 мм.
Рабочая поверхность валка должна иметь повышенную твердость и
износостойкость. Достигается это отливкой чугунных валков в комбини-
рованные кокильные формы: часть формы, соответствующая бочке вал-
ка, выполняется из стали. Интенсивное охлаждение затвердевающего чу-
гуна при контакте с высокотеплопроводной стальной стенкой формы
способствует образованию поверхностного слоя валка толщиной до
15 мм, имеющего мелкокристаллическую структуру (отбеленный слой)
с твердостью до HRC60.
Несмотря на этот прием изготовления валков поверхность их при
работе изнашивается: ухудшается ее качество, появляются локальные
вмятины. Ремонт валков заключается в их перешлифовке, а если де-
фекты глубокие, то и в переточке с последующей шлифовкой. Допус-
тимое суммарное уменьшение диаметра бочки при ремонтах состав-
ляет 5-8%.
188

Каналы для термостатирования в валке расположены вблизи от ра-
бочей поверхности не более 40 мм. Это уменьшает тепловую инерцион-
ность валка, интенсифицирует теплообмен.
Жидкость подается по трубе 2 в правую полость центрального от-
верстия валка. По наклонным каналам 5 она попадает в рабочие кана-
лы 3, выполненные вдоль образующих бочки, и затем по второй серии
наклонных каналов / попадает в левую полость центрального отверстия,
откуда выходит на слив. Левая и правая полости разделены кольцом 4 с
уплотнителями. Рабочие каналы по торцам бочки закрыты кольцами 7 с
прокладками 6. Центральное отверстие валка имеет заглушку 8.
Если рабочая температура валков каландров должна быть выше 200°C,
то целесообразно применять не жидкостный, а электрообогрев. Для кон-
троля температуры рабочей поверхности валка в нем параллельно ра-
бочим отверстиям выполняют отверстия под термопару. Сигнал от тер-
мопары показывающему прибору передается через контактные кольца
и щетки, как и питание электроэнергией ТЭНов.
К подшипникам валков предъявляются следующие требования:
-	большая несущая способность;
-	малые габариты:
	- ма. 1ые но I ери на 1 рении.
-	возможное । ь небольших у гловых смещений вала, работающего в
подшипнике:
малый радиальный зазор.
Первое требование определяется тем, что подшипники нагружены
большими радиальными усилиями; в некоторых машинах нагрузка на
подшипник достигает 0,6 МН.
Второе требование обусловлено тем, что валки практически каса-
ются друг друга, поэтому максимально возможный габаритный размер
корпуса подшипника нс может быть больше диаметра рабочей части
валка.
Вследствие большой радиальной нагрузки в паре трения подшипни-
ка генерируется значтельное количество тепла, эффективный отвод
которого затруднен. Повышенная температура пары трения у.худшае!
условия ее смазки, поэтому удовлетворение третьего требования не толь-
ко уменьшает потери энергии на трение, но и повышает долговечность
подшипника.
При работе каландров большие распорные усилия вызывают изгиб
валков и, как следствие, угловые смещения их осей в местах установки в
189

подшипниках. Конструкция подшипника не должна препятствовать этим
смещениям. В противном случае возникает повышенный износ под-
шипников и даже заклинивание в них валков. Этим и определяется чет-
вертое требование.
Очевидно, что наличие радиального зазора в подшипниках опреде-
ляет непостоянство межвалкового зазора как во времени при измене-
нии нагрузок на валки, так и в данный момент времени по длине валка.
Это ухудшает качество производимой на каландрах продукции. Поэто-
му пятое требование необходимо выполнять.
В настоящее время конструкции валковых машин оснащаются под-
шипниками (радиальные, роликовые, двухрядные), которые допускают
значительные угловые смещения вала. Радиальные смещения вала в этих
подшипниках малы. Узел нижнего подвижного подшипника трехвалко-
вого треугольного каландра показан на рис. 128. Радиальные сферичес-
кие роликоподшипники 10 установлены на конических цапфах валка.
Левый подшипник закреплен жестко, правый может смещаться по оси
при температурных деформациях. Система смазки подшипников цент-
рализованная.
Рис. 128
Масло подается в верхнюю часть корпуса 8, стекает и отводится
из нижней части корпуса. В нижней части корпуса уровень масла
поддерживается на линии роликов. Масло служит не только смаз-
190

кой, но и теплоносителем - отводит часть тепловой энергии при
циркуляции.
В нижней части корпуса предусмотрено термореле, при помощи
которого температура корпуса поддерживается в пределах 70-80°С.
Левый роликоподшипник регулируется при помощи крышки 7, ус-
тановочных колец 4 (торцы колец подшлифовываются), прокладок 5 и
фланца 6, который через лабиринтное кольцо воздействует на внутрен-
нее кольцо.
Правый подшипник фиксируется при помощи гайки 7, поджимаю-
щей лабиринтное кольцо 3, которое упирается в нижнее кольцо правого
подшипника.
Гайка 7 вращается на резьбовых полукольцах 2 и фиксируется вин-
том, установленным в верхней разрезной части.
К приводу каландров предъявляются более разносторонние требо-
вания, чем к приводу вальцов. Во-первых, привод должен обеспечивать
плавный вывод валков с малой скоростью вращения (3-6 м/мин), при
которой производится заправка ткани или корда и другие подсобные
операции, связанные с пуском каландра в работу, на рабочую скорость.
Во-вторых, он должен с высокой стабильностью поддерживать рабочую
скорость валков, которая в зависимости от выполняемой операции мо-
жет лежать в диапазоне от 50 до 120 м/мин. В-третьих, привод, также как
и у вальцов, должен выдерживать кратковременные перегрузки до 300%.
В-четвертых, привод должен обеспечивать требуемое значение коэф-
фициента фрикции для каждой пары валков.
Первое, второе и третье требования удовлетворяются при использо-
вании электродвигателей постоянного тока, допускающих регулирова-
ние частоты вращения в диапазоне 1:10. Эти двигатели могут использо-
ваться также и для электродинамического торможения каландра при его
остановке, так что необходимость тормоза в этом случае отпадает.
Значение коэффициента фрикции для каждой пары валков опреде-
ляется процессом, который реализуется в зазоре между этими валками.
Привод универсальных каландров должен обеспечить возможность
бесступенчатого и независимого регулирования коэффициента фрик-
ции для каждой пары валков.
Классические схемы привода валков приведены на рис. 129. На ри-
сунке 129, а приводные шестерни размещены не на валках 7, а в корпусе
редуктора 4.
191

Рис. 129
Каждому валку соответствует свой выходной вал 3 редуктора. Вы-
ходные валы соединены с валками шпинделями 5, имеющими по два
шарнирных соединения 2. При этом типе привода валки не воспринима-
ют сил, возникающих в зацеплении фрикционных шестерен; на них пе-
редается со шпинделя только крутящий момент. Шарниры шпинделей
допускают значительные радиальные (до 30 мм) и угловые (до 10°) сме-
щения валков относительно выходных валов редуктора, что позволяет
регулировать зазор и осуществлять перекос валков в требуемых по усло-
виям технологии пределах. Однако один из упомянутых недостатков при-
сущ и этому типу привода: постоянство коэффициентов фрикции.
Схема привода валков универсальных каландров показана на
рис. 129, б. Каждый валок имеет независимый привод, включающий в
себя электродвигатель /, муфту 2, редуктор 3 и шпиндель 4. Все редук-
торы кинематически независимы друг от друга, но имеют общий кор-
пус. Регулирование коэффициентов фрикции осуществляется измене-
нием частоты вращения двигателей.
На рис. 130 показаны кинематические схемы механизмов регули-
рования зазора у валков: трехвалкового каландра (рис. 130, а), Г-образ-
ного четы рехвал ко во го каландра (рис. 130, б), Z-образного четырехвал-
кового каландра (рис. 130, в).
Рис. 130
192

Конструкция механизма регулирования для верхнего валка Г-образ-
ного каландра показана на рис. 131. Электродвигатель 1 вращает соеди-
ненный с ним посредством муфты 2 червяк 3 первой ступени редуктора.
С червяком в зацеплении находится колесо 4, сидящее на валу 5, который
одновременно является червяком второй ступени, работающим в паре с
колесом 6. Это колесо при помощи шлицевого соединения 7 вращает
нажимной винт 8. Последний, ввинчиваясь в гайку 9, смещается в осевом
направлении, чему шлицевое соединение не препятствует. Валы первой
ступени установлены в подшипниках качения. Вторая ступень достаточно
тихоходна, поэтому ее можно оснастить подшипниками скольжения.
Рис. 131
Крайне разведенное положение валков ограничено конечным вык-
лючателем 10, на который нажимает упор, укрепленный на корпусе
подшипника (на рис. 131 не показан). Срабатывая, конечный выключа-
тель останавливает двигатель. Конец нажимного винта соединяется с
корпусом подшипника так: в корпусе выполнено отверстие, в котором
размещен упорный подшипник. Усилие с нажимного винта передается
к подшипнику и затем корпусу через подпятник.
13 Ревяко М.М., Касперович ОМ
193

При регулировании зазора оба подшипника валка должны смещать-
ся со строго одинаковыми скоростями, чтобы сохранить постоянство
зазора по всей ширине валка.
6.	ПРЕССЫ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ РЕАКТОПЛАСТОВ
6.1.	Сущность прессования
Метод основан на способности реактопластов переходить при на-
гревании и давлении в пластично-вязкое состояние с последующим фор-
мованием изделия в объеме между пуансоном и матрицей. Фиксация
заданной конфигурации изделия происходит вследствие протекания в
материале химической реакции отверждения.
Переработка реактопластов осуществляется двумя основными
способами - прямым, или компрессионным, и литьевым, или транс-
ферным. При компрессионном прессовании давление непосредст-
венно воздействует на массу, находящуюся в оформляющей полости
(рис. 132).
В загрузочной камере матрицы 3 происходит заполнение формы
сырьем 2 (рис. 132, а). Затем пуансон / опускается (рис. 132, б) и воздей-
ствует на пресс-материал, формуя изделие 5. Поле выдержки под давле-
нием отформованное изделие при поднятом пуансоне, выталкивате-
лем 4 извлекается из формующего гнезда (рис. 132, в).
194

При литьевом прессовании загрузочная камера отделена от оформ-
ляющей полости, которая с момента заполнения ее расплавом пресс-
материала находится в замкнутом состоянии.
Этот способ имеет две разновидности - с верхней загрузочной ка-
мерой (рис. 133) и нижней загрузочной камерой (рис. 134).
Рис. 134
Рис. 133
При литьевом прессовании с верхней загрузочной камерой
(рис. 133), материал 1 подается в загрузочную камеру и затем пуансо-
ном 2 в нагретой форме переводится в пластично-вязкое состояние, по
литниковым каналам 3 передавливается в формующее гнездо и оформ-
ляется в изделие 4.
После необходимой выдержки форма снимается с пресса, разбира-
ется, извлекается изделие, форма очищается от остатков материала, со-
бирается и процесс повторяется.
При прессовании с нижней загрузочной камерой пресс-мате-
риал 2 загружается в нижнюю камеру, закрывается пуансоном 1
(рис. 134, а). При этом между пуансоном и матрицей 4 образуется
оформляющее гнездо 5. При движении поршня 3 от гидроцилиндра-
выталкивателя пресс-материал переводится в пластично-вязкое со-
стояние и по литниковым каналам 6, 7 поступает в оформляющее
гнездо 5, где формуется в изделие 8 (рис. 134, б). После выдержки на
отверждение, верхняя часть пресс-формы 1 поднимается ползуном
пресса (рис. 134, в), а затем поршнем 3 отформованное изделие из-
влекается из матрицы 4.
Таким образом, отличие способов прессования заключается в кон-
структивных особенностях формующего инструмента.
Основные технологические характеристики процесса прессова-
ния - давление, температура и время, определяют протекание раз-
195

личных стадий цикла прессования, а также качественные показатели
готовых изделий.
Процесс прессования по любому методу начинается с деформиро-
вания пресс-материала под воздействием непрерывно возрастающего
давления прессования.
Давление рп, передаваемое на материал, расходуется на раздавлива-
ние нагретой таблетки, преодоление сопротивления течению расплава
по оформляющей полости формы, в загрузочной камере, в литниковой
системе. Процесс заполнения пресс-формы завершается при проник-
новении расплава в наиболее удаленные участки матрицы. Эта стадия
необходима для обеспечения уплотнения материала, оформления изде-
лия и удаления газообразных, летучих компонентов и паров влаги из
формы. После этого следует стадия выдержки на отверждение. Величи-
на р„ на этой стадии достигает максимального значения. Для разных
материалов и схем проведения процесса прессования максимальное
значение рп различно. Оно зависит от вида пресс-материала, его свойств,
температуры, конструкции прессуемой детали. При компрессионном
прессовании материалов с порошкообразным наполнителем оно со-
ставляет 25^40 МПа, с волокнистым наполнителем 40-60 МПа, для лить-
евого прессования - до 100 МПа.
Температура расплава прессуемого материала определяет ин-
тенсивность протекания в нем реакции отверждения и, в конечном
счете, производительность прессового оборудования и комплекс
физико-механических свойств изделий. Для достижения в готовом
изделии максимально однородной по массе степени отверждения
необходимо быстрое достижение и эффективное поддержание за-
данной температуры материала во всем объеме изделия на стадиях
заполнения формы и выдержки на отверждение. При выполнении
этого условия в готовом изделии не образуются термические напря-
жения, способные вызвать его разрушение после окончания цикла
прессования.
Температура расплава Тм связана с продолжительностью цикла
прессования / Увеличивая Тм, можно достичь сокращения / за счет
роста скорости заполнения формы при снижении вязкости расплава и
уменьшения продолжительности выдержки при прессовании и отвер-
ждении вследствие роста скорости отверждения. Сокращение времени
г t может быть достигнуто при использовании предварительного подо-
196

грева материала вне формы и высокотемпературных технологических
режимов. Повышению качества изделия способствуют специальные
технологические приемы, например подпрессовки при прямом прес-
совании, т. е. повторяемое несколько раз кратковременное размыка-
ние пресс-формы на стадии формования и отверждения. Это способ-
ствует более полному выходу летучих веществ и более глубокому
прогреву материала.
Изменение температуры Тм во времени при прессовании показано
на рис. 135. На оси ординат помечены температура стенки формы 7V,
температура перехода пресс-материала в пластично-вязкое состояние
(температура размягчения) Гр и температура интенсивного протекания
реакции отверждения 7\
Отрезки на оси абсцисс этой диаграммы соответствуют отдель-
ным стадиям цикла формования изделий при прессовании: отрезок 0-
I-время предварительного подогрева материала / непосредственно
в матрице или в устройстве для предварительного подогрева; отре-
зок /-//-время загрузки материала в пресс-форму /н1; отрезок 11—III —
время заполнения /з расплавом оформляющей полости формы под
воздействием давления рп, сопровождающегося интенсивным разог-
ревом материала за счет диссипативных тепловыделений и теплопере-
дачи от стенок формы; отрезок III—IV—время выдержки под давлени-
ем Гв, в течение которого расплав продолжает нагреваться от стенок
пресс-формы до температуры интенсивного протекания реакции от-
верждения.
13* Ревяко М.М., Касперович О М.
197

Время цикла изготовления изделий методом прямого прессования
может быть определено по формуле
Zu = Z..h +Z,.l +Z< +Zb
где t - время выгрузки готового изделия.
6.2.	Устройство и работа пресса
Пресс - это машина статического действия, предназначенная для
формования изделий из пресс-материалов. Прессы с гипроприводом
просты в управлении, бесшумны, имеют небольшие габариты.
Рис. 136
Работа гидропресса колонной конструкции (рис. 136, а) происходит
следующим образом. Рабочая жидкость (минеральное масло) от индиви-
дуального гидроагрегата под давлением поступает в гидроцилиндр / про-
стого действия. Под действием рабочей жидкости цилиндр 2 перемещает-
ся вниз вместе с ползуном (подвижной поперечиной) 6. Усилие пресса
198

развивается гидроцилиндром /, воздействует на прессуемый материал в
пресс-форме, устанавливаемой на нижнюю поперечину (стол), а верхняя
часть пресс-формы крепится к подвижной поперечине 6. Нижняя и верх-
няя неподвижные поперечины соединены между собой четырьмя колон-
нами 7 при помощи гаек 4. Колонны 7 являются направляющими для под-
вижной поперечины 6. Возврат подвижной поперечины в исходное
(верхнее) состояние осуществляется двумя ретурными (возвратными) ци-
линдрами 8. Извлечение отформованных изделий из пресс-формы осуще-
ствляется при помощи гидроцилиндра-выталкивателя 9.
Прессы рамной конструкции (рис. 136, б) имеют сварную раму /, в
верхней части которой закреплен главный гидроцилиндр 9 двойного дей-
ствия, т. е. поршень 8 может перемещаться вниз при подаче рабочей жид-
кости в поршневую полость гидроцилиндра 9 или вверх при подаче жид-
кости в штоковую полость гидроцилиндра. Ползун 7 движется по
направляющим 5 под действием плунжера гидроцилиндра 9. Нижняя часть
пресс-формы устанавливается и крепится на столе 4, а выталкивание от-
формованных изделий из пресс-формы происходит при помощи гидроци-
линдра-выталкивателя 2 двойного действия. Для регулировки хода ползу-
на 6 и штока выталкивателя 2 служат конечные выключатели 3.
Прессование слоистых пластиков проводят на этажных прессах
колонной конструкции с нижним расположением рабочего цилиндра
(рис. 137).
199

Их можно использовать при применении простых съемных форм,
требующих больших усилий прессования. Раскрытие плит происходит
под собственным весом. Рабочий цилиндр / находится в нижней части
пресса, в нем расположен плунжер 2, соединенный с подвижным сто-
лом 4. При подаче рабочей жидкости (минеральное масло) в цилиндр,
плунжер 2 и стол 4 поднимаются вверх и воздействуют на прессуемый
элемент, находящийся между обогреваемыми плитами 7. Усилие, раз-
виваемое плунжерами, замыкается между нижней поперечиной 3,
верхней поперечиной 6 и четырьмя колоннами 5. Распределитель 9 па-
ра и узел 8 обогрева расположены с правой стороны пресса.
Конструкция любого пресса может быть охарактеризована с помо-
щью комплекса параметров, которые образуют техническую характери-
стику пресса. Одним из основных параметров прессов для переработки
пластмасс является эффективное усилие прессования Рэ, развиваемое
ползуном пресса и обеспечивающее создание в формующей полости
формы давление прессования. Его можно определить по зависимости:
р. = kfnS>
где А1 - количество гнезд в пресс-форме;
Рп - удельное давление прессования в
полости формы, МПа/см2;
S- площадь проекции изделия на плос-
кость смыкания пресс-формы, см2.
Удельное давление прессования является
технологическим параметром и выбирается с
учетом метода переработки, конструкции из-
делия и вида перерабатываемого материала.
Геометрическое взаимодействие пресс-
формы с прессом показано на рис. 138. К пол-
зуну пресса / прикреплена верхняя часть
пресс-формы 2 с пуансоном 3. На столе прес-
са 5 закреплена нижняя часть пресс-формы 4.
Величина Р связана с номинальным
э
усилием прессования Рн следующими соот-
ношениями:
для прессов с верхним рабочим ци-
линдром
200

для прессов с нижним рабочим цилиндром
P„=P3+Ty-Gn,
где Г - потери на трение в уплотнениях;
Gn - вес подвижных деталей пресса (главного плунжера, подвиж-
ной плиты (поперечины), верхней полуформы).
Потери на трение Г в манжетных уплотнениях могут быть оцене-
ны следующим образом:
ту=^ЛрЛ,
где D - диаметр плунжера;
hc - высота соприкосновения манжет с плунжером;
рг - давление жидкости в гидроцилиндре;
f - коэффициент трения манжета о плунжер (для кожи 0,06-0,08,
для резины 0,01-0,02).
Для комплекта упругих уплотнительных колец
Ty=^hDnf\ZP,+ я),
где b - ширина кольца;
fx - коэффициент трения фрикционной пары чугун - стал ь (/J = 0,15-
0,25);
z — число колец;
р - давление от сил упругости кольца (для гидравлических р* =
= 0,1-4),2 МПа);
рг - давление в гидросистеме.
По аналогичной схеме может быть рассчитано номинальное усилие
выталкивания изделия. Эффективное усилие выталкивания изделия Р мо-
жет быть оценено как усилие, необходимое для преодоления сил адгезии
материала к рабочим (боковым) поверхностям матрицы пресс-формы:
^в.э —
где р^ - адгезионная прочность соединения реактопласта с металли-
ческой поверхностью после отверждения (для фенопластов р = 0,1-
0,4 МПа);
5б - боковая поверхность матрицы пресс-формы, м2.
Скорость прессования, определяемая скоростью перемещения под-
вижной плиты (поперечины) в рабочем режиме, выбирается из усло-
вия обеспечения минимального времени заполнения формы /з. В со-
временных ускоренных режимах прессования скорость прессования
может изменяться в пределах от 100 до 250 мм/с.
201

202
Т абли ца 1 6
Параметры	Норма									
Номинальное усилие Рн, кН	100	160	250	400	630	1000	1600	2500	4000	6300
Ход ползуна Sn, мм	320	320	450	450	450	560	630	710	800	800
Наибольшее расстояние между столом и ползуном Я, мм	500	500	710	710	800	900	1000	1250	1400	1600
Размеры стола, мм L	320	320	560	560	630	710	800	1120	1250	1400
В	250	250	500	500	560	630	710	1000	1120	1250
Номинальное усилие выталкивателя (min), кН	20	31,5	50	80	125	200	315	500	630	1000
Ход выталкивателя, мм	100	100	160	160	160	200	250	360	360	450
Скорость холостого хода ползуна (min), мм/с: вниз	100	100	200	200	200	200	200	200	100	100
вверх	100	100	70	70	70	70	70	60	50	50
Скорость рабочего хода ползуна регулируемая, мм/с: наибольшая	10	10	50	50	50	50	50	50	4	2,5
наименьшая	2	2	1	1	1	1	1	1	—	—
Скорость рабочего хода выталкивателя, мм/с: наибольшая			100	100	100	100	100	100	100	15
наименьшая	-	—	5	5	5	5	5	5	5	-
Удельная материалоемкость (max), кг/(кНм3)	800	500	100	63	36	20	11	6	3,6	4,2
Удельная энергоемкость (max), кВт/(кНм2/мин)	0,12	0,09	0,09	0,06	0,05	0,05	0,04	0,03	0,03	0,04

Конфигурация и геометрические размеры изделия и пресс-формы
влияют на выбор ряда параметров технической характеристики, таких,
как размеры рабочего стола, ход ползуна, наибольшее расстояние меж-
ду столом и ползуном.
Размеры В и L рабочего стола выбираются с таким расчетом, что-
бы укрепляемая на нем нижняя полуформа не выходила за его габари-
ты. Ход ползуна 5п определяется следующим соотношением:
5П>Л,
где
h > hn + hH или h>hn+hy,
где - высота пуансона;
Ли - высота изделия, равная глубине матрицы;
Нм - высота таблетки.
Этим условием обеспечивается свободный съем изделия и беспре-
пятственная загрузка таблеток.
Наибольшее расстояние Я между столом и ползуном определяется
соотношением
Н > + h + h2,
где Л1 и h2 - высота верхней и нижней плит пресс-формы соответственно.
Следует отметить, что при выборе параметров В, Л, 5п, И следу-
ет ориентироваться на весь возможный для данного пресса ассор-
тимент изделий и многообразие конструкций пресс-форм для их из-
готовления.
Основные параметры гидравлических прессов для переработки
пластмасс (ГОСТ 8200-80) представлены в табл. 16.
6.3.	Конструкция узлов и деталей пресса
Основные узлы гидравлического пресса: станина, главный, вытал-
кивающий и возвратные цилиндры, плунжеры, подвижные и непод-
вижные плиты,гидропривод.
Станина пресса рамной конструкции представляет собой сварную
раму из листовой стали, на которой монтируются основные узлы и де-
тали. Пресса колонной конструкции имеют верхнюю поперечину (ар-
хитрав), нижнюю поперечину (стол), соединенные четырьмя колонна-
ми. Между поперечинами смонтирована подвижная плита (ползун),
направляющими для которой являются колонны пресса.
203

Гидроцилиндр является одним из основных наиболее ответствен-
ных узлов пресса. Его конструкция выбирается с учетом рабочего дав-
ления жидкости (32 МПа), условий формования, условий работы, кон-
структивной схемы. Различают поршневые (рис. 139, а), плунжерные
(рис. 139, б), простые (рис. 139, б), дифференциальные (рис. 139, а) и
ступенчатые (рис. 139, в) цилиндры.
б	*
Рис. 139
Конструкция гидроцилиндра поршневого типа (рис. 140, а) состо-
ит из корпуса //, крышки /, поршня 7 с крышками 5 и штоком 9 и
направляющей втулкой 12, уплотнений 6 и 8 и грундбуксы 13. Крышка
скрепляется с корпусом посредством разрезного кольца 2, вкладывае-
мого в паз корпуса и опорной пяты 3. Поршень укрепляется на штоке
гайкой 4. Цилиндр соединяется со станиной резьбовым кольцом 10.
Конструкция гидроцилиндра плунжерного типа (рис. 140, б) со-
стоит из цилиндра /, укрепленного на станине 3, плунжера 2, уплотне-
ния 4 с грундбуксы 5.
Гидроцилиндр является наиболее нагруженным и ответственным
узлом пресса, в значительной степени определяющим его эксплуа-
тационные качества. Корпус гидроцилиндра чаще всего выполняют
из стали 35. Широко применяются цилиндры, полученные механи-
ческой обработкой из поковок. Трудоемкость изготовления гидро-
цилиндра снижается при использовании цилиндров с приварным
днищем.
ГОСТом 16514-70 регламентирована техническая характеристика гид-
роцилиндров, которая должна включать наименование и тип цилиндра,
назначение и условия применения, рекомендуемые виды рабочей жидко-
сти, габаритные и присоединительные размеры и ряд других параметров.
По ГОСТ 6540-68 следует выбирать диаметры цилиндров, поршней, плун-
жеров, штоков, ход плунжера и ряды номинальных давлений, на которые
204

могут быть рассчитаны гидроцилиндры. ГОСТ 6540-68 установлен сле-
дующий ряд внутренних диаметров гидроцилиндров: 10, 12, 16, 20, 25,
32,40, 50, 60, 80, 100, 125, 160,200,250, 320,400,500,630, 800 и 1000 мм.
Рис. 140
При проектировании гидроцилиндра исходными данными явля-
ются: усилие Г*, давление рабочей жидкости рг, допускаемое напря-
жение на растяжение [о]р для металла, из которого изготовляется ци-
линдр.
Толщина 5 стенки цилиндра может быть определена по следую-
щей зависимости:
1 I [Я
8 = 1/)	.
2 °^[а|р-1,73Л
Сферические днища гидроцилиндров имеют толщину 8j =(1—3)8
с радиусом сферы 7?с=(1-1,2)7?в. Толщину плоского днища §2 можно
рассчитать по зависимости:
где - коэффициент, учитывающий ослабление днища отверстием для
подвода жидкости (Т = 0,7-0,8).
205

Глубина цилиндра Ац вычисляется по формуле
ац = яп+/|+/2,
где Нп - ход поршня, мм;
Ц - длина проточки под направляющую втулку и уплотнение, мм;
/2 - глубина сферической части днища, мм.
Уплотнения гидравлического пресса должны исключить или све-
сти до минимума утечки рабочей жидкости и защитить гидросистему
от влияния окружающей среды. Уплотнение должно отвечать следую-
щим требованиям: обеспечивать необходимую герметичность при дол-
говременной эксплуатации, не вызывать износа трущихся металличес-
ких поверхностей, обладать стойкостью к воздействию повышенных
температур, быть инертным по отношению к металлу сопряженных
деталей и рабочих жидкостей.
Уплотнения подвижных соединений в прессовом оборудовании
располагаются в местах сопряжения гидроцилиндров с деталями, со-
вершающими возвратно-поступательное движение: поршнями, плун-
жерами, штоками. Наиболее распространенные уплотнения подвиж-
ных соединений - манжетные, в виде упругих уплотнительных колец,
сальниковые - обеспечивают надежную герметизацию за счет непос-
редственного контакта с поверхностью уплотнения.
Манжетные уплотнения - наиболее распространенный вид уплот-
нения подвижных частей в гидравлических прессах. В зависимости от
конструкции и назначения манжеты делятся на воротниковые (U-об-
разные), полуворотниковые (V-образные, шевронные или кровлеобраз-
ные), штоковые и поршневые.
Манжетные уплотнения могут работать только под внутренним
давлением, когда манжета прижимается давлением рабочей жидкости
к уплотняемой поверхности. В случаях, когда уплотнение должно быть
двусторонним (дифференциальный плунжер), ставят не менее двух
манжет, обращенных своими основаниями одна к другой. За счет соб-
ственной упругости или расклинивающего действия манжетодержате-
лей создается предварительное прижатие борта манжеты к уплотняе-
мой поверхности. Герметичность во время работы обеспечивается
благодаря расклинивающему действию рабочей жидкости. Манжетное
уплотнение является самоуплотняющимся с самонастраивающейся
силой прижатия, зависящей от величины рабочего давления.
На рис. 141 приведена конструкция однорядного воротникового
манжета (ГОСТ 6969-54).
206

Рис. 141
Эти манжеты имеют плоское основание, что упрощает конструк-
цию нажимного кольца. Борты манжеты имеют треугольную форму,
причем вершины треугольников (усы) разведены в разные стороны. При
такой конфигурации обеспечивается хорошее уплотнение даже при
низком давлении рабочей жидкости. Манжеты подбираются по номи-
нальному диаметру плунжера.
Многорядные шевронные манжеты (рис. 142) используются для
штоков (плунжеров).
Комплект состоит из одного нажимного кольца /, нескольких шев-
ронных колец 2 и опорного кольца 3. Эти уплотнения изготовляют из
хлопчатобумажной ткани, покрытой с двух сторон резиновой смесью с
добавлением графита. Срок службы их в три раза больше срока службы
манжетов, изготовленных из маслостойкой резины или из поливинилх-
Рис. 142
лорида. Число шевронных колец в
пакете (от 3 до 10) выбирается в
зависимости от давления рабочей
жидкости и диаметра плунжера по
ГОСТ 9041-59. Уголковые манже-
ты находят применение в поршне-
вых системах, работающих с дли-
тельными перерывами.
Упругие уплотнительные коль-
ца применяют для уплотнения по-
207

верхностей деталей, совершающих возвратно-поступательное или вра-
щательное движение. Упругие неразрезные резиновые кольца устанав-
ливаются в канавки прямоугольного поперечного сечения. Под вли-
янием перепада давления рабочей жидкости кольцо упруго
деформируется и создает необходимое уплотнение. Размеры уплотня-
ющих деталей, канавок, зазоров, колец регламентированы ГОСТ 9833-
73. Кольца рекомендуются для применения при давлении рабочей жид-
кости до 20 МПа. Различают уплотнительные кольца: О-образ-
ные (рис. 143, tz, б), Х-образные (рис. 143, в), D-образные (рис. 143, г),
Т-образные (рис. 143, д').
Рис. 143
Поршневые упругие кольца служат для создания уплотнения меж-
ду поверхностью гидроцилиндра и поршнем, совершающим возврат-
но-поступательное движение. Желательно подобрать материал колец
так, чтобы он составлял с цилиндром и поршнем антифрикционную
пару. Кольца изготовляют из чугуна марок СЧ 21-40 и СЧ 24-44. Твер-
дость кольца должна быть на 5-10 единиц меньше твердости внутрен-
ней поверхности цилиндра. Поршневые кольца имеют прямоугольное
сечение, их монтируют на поршне в специальных канавках. Начальное
уплотнение цилиндрической поверхности поршневого кольца проис-
ходит только за счет собственной упругости кольца. В уплотнениях,
работающих при низком давлении рабочей жидкости, рекомендуется
удельное давление кольца на поверхность цилиндра порядка 0,3-
0,7 кгс/см2. Под давлением рабочей жидкости кольцо прижимается к
боковой поверхности, разжимая кольцо, увеличивает давление его на
поверхность цилиндра.
При определении геометрических размеров поршневых колец
можно руководствоваться следующими рекомендациями. Радиальную
толщину кольца t выбирают из соотношения D/t = 20-30 (где D - ди-
аметр цилиндра). Зазор в замке (стыке) собранного кольца при ком-
натной температуре So = 0,2-0,6 мм (выбранное значение зазора сле-
дует проверить расчетом на удлинение от максимально возможного
208

при работе нагрева). Ширина кольца b = (1,0-1,2)л Наряду с пря-
мыми замками (рис. 144, а) для уменьшения утечек жидкости через
поршневые кольца применяют косые (рис. 144, б) и ступенчатые
(рис. 144, в) замки.
В пневматических машинах, работающих при давлениях 5-
6 кгс/см2, обычно устанавливают два кольца. В гидравлических маши-
нах, работающих под давлением до 320 кгс/см2, устанавливают от 3 до 8
колец. Считают, что основную уплотняющую роль играют три первых
кольца. В кольцах со ступенчатым замком второе уплотнительное коль-
цо снижает утечки примерно на 15%; третье и последующие кольца не-
значительно уменьшают утечки, однако они могут существенно удли-
нить межремонтный период, так как начинают работать по мере износа
первого кольца. При прямом стыке в замке рекомендуется применять
давление до 5 МПа, свыше 5 МПа - косой стык под углом 45-60°, или
ступенчатый стык.
В настоящее время в гидропрессах для переработки пластмасс
используется индивидуальный гидропривод. Он включает в се-
бя объемный насос, объемный гидродвигатель, бак для рабочей
жидкости, магистральную линию, органы управления, распреде-
ления, регулирования и защиты. Объемный насос преобразует энер-
гию электродвигателя в потенциальную и кинетическую энергию
рабочей жидкости путем периодического изменения объема каме-
ры, занимаемой жидкостью. Объемный гидродвигатель преобра-
зует энергию жидкости в механическую энергию. Гидродвига-
тели могут быть с возвратно-поступательным движением рабочих
органов (гидроцилиндры) и с вращательным движением (гидро-
моторы).
Индивидуальный гидропривод (рис. 145) состоит из бака 10, на
котором обычно устанавливают два насоса: шестеренчатый насос 9
низкого давления и эксцентриковый плунжерный насос 6 высокого дав-
14 Ревяко М.М., Касперович О.М.
209

ления. Масло от шестеренчатого насоса поступает к циркуляционному
клапану 8 низкого давления (охолостителю), предназначенному для за-
щиты насоса низкого давления от попадания в него жидкости под вы-
соким давлением. При повышении давления в гидросистеме бо-
лее 1,0-1,5 МПа охолоститель переключает поток масла от шестерен-
чатого насоса на слив, отсоединяя его от основной магистрали. Этой
же цели служит и обратный клапан 11.
Рис. 145
Золотниковые распределители 4 и 5, к которым поступает масло от
насосов высокого и низкого давления, управляют направлением пото-
ка масла и направлением движения поршней рабочего цилиндра 3 и
цилиндра-выталкивателя /, установленных соответственно в верхней
и нижней траверсах пресса 2.
Для очистки масла от механических включений на возвратной
магистрали устанавливается фильтр 12. Охолоститель 7 предназна-
чен для направления на слив масла от насоса высокого давления при
достижении в гидросистеме давления прессования. Конечный вык-
лючатель 13 служит для управления скоростью опускания травер-
сы. Он устанавливается таким образом, чтобы за 20 мм до смыка-
ния формы отключить шестеренчатый насос и резко снизить скорость
смыкания пресса. Обычно скорость холостого хода составляет 50-
120 мм/с, снижаясь в момент смыкания формы до 2-2,5 мм/с. Ско-
рость подвижной траверсы при открытии пресса составляет 40-
120 мм/с.
210

Индивидуальный гидравлический агрегат состоит из фланцевого
электродвигателя 4 (рис. 146, а\ муфты 3 сцепления, лопастного, порш-
невого, ротационного или поршневого эксцентрикового насоса 2 высо-
кого давления, шестеренного насоса 1 низкого давления (насосы 1 и 2
спарены), масляного бака 5 и гидравлической аппаратуры управления:
гидропанели 9, циркуляционного клапана 12 промежуточного давления
и предохранительного клапана 8. Гидроаппаратура управления смонти-
рована на монтажной плите 7 масляного бака и закрыта кожухом 11.
В гидропанели размещены запорный, поддерживающий, обратные
и золотниковые клапаны. Управление золотниковыми клапанами осу-
ществляется электромагнитами 10 через гидравлические пилоты (вспо-
могательные золотники). Общий вид пресса с укомплектованным аг-
регатом для индивидуального гидравлического привода представлен
на рис. 146, б.
Рис. 146
В прессах в качестве рабочих жидкостей применяются минераль-
ные масла - индустриальные и турбинные различных марок.
К рабочим жидкостям гидропрессов предъявляются следующие
требования:
-	безопасность для здоровья людей самой жидкости и ее паров;
-	пожаробезопасность;
-	инертность к используемым в системе материалам;
-	оптимальная вязкость и ее незначительные изменения в рабочем
диапазоне температур и давлений;
211

-	малая способность к поглощению и растворению воздуха, малая
склонность к вспениванию;
-	низкая сжижаемость.
В соответствии с ГОСТ 8200-87 для изготовления изделий из тер-
мореактивных пластмасс производятся гидропрессы с номинальным
усилием от 400 до 4000 кН. Основные технические характеристики
прессов-полуавтоматов, выпускаемых Оренбургским АО «Гидропресс»,
представлены в табл. 17.
Т абл и ца 1 7
Параметры	Модель				
	ДЕ 2428	ДЕ 2430	ДЕ 2432	ДЕ 2434	ДЕ 2436
Номинальное усилие пресса,кН	630	1000	1600	2500	4000
Ход ползуна, мм	450	500	560	630	710
Наибольшее рас- стояние между столом и ползу- ном, мм	710	800	900	1000	1120
Размеры стола, мм	560x500	630x560	710x630	800x710	900x800
Наибольшее рас- стояние между столом и ползу- ном, мм	710	800	900	1000	1120
Ход нижнего вы- талкивателя, мм	160	200	250	320	400
Скорость холостого хода ползуна, мм/с: вниз вверх	350 220	350 200	350 230	350 190	350 170
Скорость (регули- руемая) рабочего хода ползуна при усилии, мм/с: до 30% номи- нального свыше 30% номинального	50-7,0 7,0	50-6,5 6,5	50-7,0 7,0	50-6,0 6,0	50-5,5 5,5
212

Окончание табл. 1 7
Параметры	Модель				
	ДЕ 2428	ДЕ 2430	ДЕ 2432	ДЕ 2434	ДЕ 2436
Скорость рабочего хода нижнего выталкивателя при усилии, мм/с: до 30% номи- нального	70	65	65	60	60
свыше 30% номинального	35	30	35	30	30
Скорость холосто- го хода нижнего выталкивателя, мм/с	70	65	65	60	60
Мощность приво- да, кВт	4	5,5	7,5	15	18,5
Габаритные раз- меры, мм: длина	1960	2060	2270	2500	2620
ширина	1050	1100	1200	1350	1450
высота	3000	3300	3650	4200	4600
Масса, кг	2800	3400	5000	8000	12500
Основные технические характеристики прессов-полуавтоматов,
выпускаемых Днепровским заводом тяжелых прессов, приведены в
табл. 18.
Таблица 1 8
Параметры	Модель			
	ДЕ 2238А	ДЕ 2240А	ДЕ 2243	ДЕ 2245
Номинальное усилие пресса, кН	6300	10000	20000	31500
Ход ползуна, мм	800	1000	1400	1400
Наибольшее рас- стояние между столом и ползу- ном, мм	1600	1800/2250	2400/3000	3000
14* Ревяко М.М., Касперович О М.
213

Окончание табл. 18
Параметры	Модель			
	ДЕ 2238А	ДЕ 2240А	ДЕ 2243	ДЕ 2245
Размеры стола, мм	1400x1250	1250x1500	1650x2000	2000x2500
Номинальное уси- лие нижнего вы- талкивателя, кН	1000	1600	3000	4000
Ход нижнего вы- талкивателя, мм	450	250	250	700
Скорость ползуна при ходе, мм/с: холостом рабочем возвратном	100 2,5 40	60 1,7-7,8 9-43	50 1,6-4,5 9-27	60 1,1-4,5 27
Мощность приво- да, кВт	31	28	42	64
Габаритные раз- меры, мм: длина ширина высота	-	6 400 5 030 5 850	7 000 5 740 7 900	10 000 6 200 9 000
Масса, кг	31 000	72 000	14 0000	26 6000
Прессы-автоматы для переработки термореактопластов создают на
базе прессов-полуавтоматов, оснащая их средствами автоматизации и
механизации, позволяющими ликвидировать ручные операции в тех-
нологическом процессе прессования. К таким средствам относятся ус-
тройства дозирования и загрузки исходного пресс-материала и съема
деталей, работающих в автоматическом режиме.
Наиболее распространены прессы-автоматы с поршневым дозато-
ром пресс-материала (табл. 19) и таблеточными питателями (табл. 20).
Таблица 1 9
Параметры	Модель		
	АКДЕ 2428.01	АКДЕ 2430.01	АКДЕ 2432.01
Номинальное усилие пресса, кН	630	1000	1600
Ход ползуна, мм	450	500	560
214

Окончание табл. 1 9
Параметры	Модель		
	АКДЕ 2428.01	АКДЕ 2430.01	АКДЕ 2432.01
Наибольшее расстояние между столом и ползуном, мм	710	800	900
Размеры стола, мм	560x500	630x560	710x630
Мощность привода, кВт	4	5,5	7,5
Ход выталкивателя, мм	160	200	250
Скорость рабочего хода вы- талкивателя, мм/с	70	65	65
Объем дозировочных стака- нов, см3	80-120	80-120	110-170
Размеры съемной плиты, мм	500x400	500x400	600x500
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	1900 2100 3000	2100 2200 3300	2200 2300 3600
Масса, кг	3500	4100	6000
Примечание. Для приведенных в таблице моделей число гнезд загрузочной пли-
ты 1;2и4; межосевое расстояние гнезд загрузочной плиты спереди назад 120—
200 мм, слева направо 100-150 (для мод. АКДЕ 2432.31 - 120-250 мм); вместимость
магазина таблеток 210-320; регулируемая скорость рабочего хода ползуна 50-7 мм/с
(для мод. АКДЕ 2430.31 - 50-6 мм/с).
Таблица 20
Параметры	Модель		
	АКДЕ 2428.31	АКДЕ 2430.31	АКДЕ 2432.31
Номинальное усилие пресса, кН	630	1000	1600
Ход ползуна, мм	450	500	560
Наибольшее расстояние между столом и ползуном, мм	710	800	900
Размеры стола, мм	560x500	630x560	710x630
Мощность, кВт	4	5,5	7,5
Ход выталкивателя, мм	160	200	250
Скорость рабочего хода вы- талкивателя, мм /с	70	65	65
215

Окончание табл. 20
Параметры	Модель		
	АКДЕ 2428.31	АКДЕ 2430.31	АКДЕ 2432.31
Размеры таблеток, мм:	30-40	30-40	40-60
диаметр высота	15-30	15-30	20-30
Размеры съемной плиты, мм	500x400	500x400	600x500
Габаритные размеры, мм:			
длина	2100	2200	2500
ширина	2300	2400	2500
высота	3000	3300	3600
Масса, кг	3800	4400	6100
Примечание. Для приведенных в таблице моделей число гнезд загрузочной пли-
ты 1; 2 и 4; межосевое расстояние гнезд загрузочной плиты спереди назад 120—
200 мм, слева направо 100-150 (для мод. АКДЕ 2432.31 - 120-250 мм); вместимость
магазина таблеток 210-320; регулируемая скорость рабочего хода ползуна 50-7 мм/с
(для мод. АКДЕ 2430.31 - 50-6 мм/с).
Роботизированный пресс-автомат АКДЕ 2430 для прессования из-
делий из таблеток представлен на рис. 147.
Рис. 147
216

Гидропресс 1 оснащен загрузочной кареткой 2 с гнездами для таб-
леток. Вспомогательные операции загрузки таблеток из магазина 4 с
помощью робота, съема изделий 6, очистки и смазывания пресс-форм
выполняет блок автоматизации с приводом 3.
Такие роботизированные пресс-автоматы обеспечивают высокую
точность дозирования, возможность предварительного нагрева табле-
ток и соответственно уменьшение цикла прессования.
6.4. Автоматизированные прессовые комплексы
Автоматизированные прессовые комплексы (АПК) предназначены
в основном для переработки термореактивных пресс-композиций. Глав-
ные структурные элементы АПК - дозатор и пресс - могут быть скомпо-
нованы различным образом (рис. 148:1 - дозатор; 2 - пресс; 3 - накопи-
тель; 4 - манипулятор; 5 - робот).
Можно использовать дозатор для обслуживания одного пресса
(рис. 148, а, б) или расположить группу прессов вокруг одного дозато-
ра (рис. 148 в, г, д).
3 2	1
Рис. 148
Во всех случаях образуется комплекс, в котором автоматизирова-
ны все основные и вспомогательные операции технологического про-
217

цесса изготовления изделий. Различают АПК одно- и многопозицион-
ные, по способу дозирования АПК с объемными дозаторами, с весовы-
ми дозаторами, с пластикаторами-дозаторами.
Подвижные конструкции многопозиционных прессовых комплек-
сов характерны для роторных линий.
Роторная линия состоит из нескольких синхронно вращаю-
щихся роторов, каждый из которых предназначен для осуще-
ствления какой-либо технологической или транспортной операции.
Каждая из позиций ротора оснащена комплектом инструмента,
который вращается с ротором и обрабатываемым материалом. Ра-
бочий инструмент выполняет необходимую рабочую операцию для
осуществления отдельной фазы технологического цикла получе-
ния изделия.
Роторная линия (рис. 149) состоит из пяти технологических и
четырех транспортных роторов. Жесткая кинематическая связь всех
роторов с электродвигателем создает необходимые предпосылки для
их синхронного вращения. Ротор 10 дозирования и таблетирования
материала представляет собой по существу ротационную таблеточ-
ную машину.
Рис. 149
Таблетка материала с ротора 10 по транспортному ротору 9 посту-
пает на ротор 8 предварительного подогрева токами высокой частоты
(ТВЧ) и далее на ротор прессования 7. Ротор прессования состоит из
218

ряда комплектов пуансон - матрица с устройствами для их смыкания
(вращающимися вместе с ротором гидроцилиндрами). Транспортный
ротор 6 переносит пресс-изделие на ротор 5 для механической обра-
ботки. Эти же операции осуществляются дополнительно и на роторе 3
после поступления туда изделия по транспортному ротору 4. Далее
ротор 2 переносит готовое изделие в лоток-конвейер 1.
Производительность роторной линии Q? (изделий/ч) определяется
по формуле
где п - число комплектов однотипных пресс-форм;
ос - угол поворота прессующего ротора;
/ - время цикла прессования изделия.
Классификация автоматизированных прессовых комплексов на
базе роторных машин для прессования термореактопластов представ-
лена в табл.21.
Табл и ца 2 1
Группа совмещения	Подгруппа - способ формования	Вид - способ дозирования
1 - отверждение при транспорти- ровании, формо- вание при оста- новленном роторе прессования	11 - с предваритель- ной пластикацией	111 - объемное (таблетки) 112 - весовое (таблетки) 113 - пластикатором
	12 - без предвари- тельной пластикации	121 - объемное (порошок) 122 - весовое (порошок) 123 - штучное (таблетки)
2 - технологиче- ские операции при транспорта- ровании	21 - с предваритель- ной пластикацией	211 - объемное (таблетки) 212 - весовое (таблетки) 213 - пластикатором
	22 - без предвари- тельной пластикации	221 - объемное (порошок) 222 - весовое (порошок) 223 - штучное (таблетки)
Роторные линии для прессования термореактопластов, выпускае-
мых в различных странах, приведены в табл. 22.
219

Таблица 22
Вид	Роторная машина	Фирма (страна)
111	Нет	—
112	Роторная линия BRPA 12/48	«Rattenfeld-Berges» (Германия)
ИЗ	Автоматическая роторная линия ЛПИ-160 Роторная линия «Rotormatic»	«Ротор»(Россия) «Biragi» (Италия)
121	Ротационные прессы Д 2722 и 2724	Оренбургское АО
122	Роторные линии 683.261 и 4444.011	«Г идропресс»
123	Роторный пресс-автомат	«Tavanes» (Швейцария)
211	Автоматическая роторная линия ЛПИ-10, ЛПИ-25	«Ротор»(Россия)
212	Роторный пресс 2189	Россия
213	На стадии проектирования	—
221	Роторные прессы 2066, 2138 и РПК	Россия
222	Нет	—
223	Модификация автоматической ро- торной линии. ЛПИ-10 для переработки стеклово- локнита ДСВ	Россия
Технические характеристики некоторых ротоных машин приведе-
ны в табл. 23.
Таблица 23
Параметры	Модель		
	ЛПИ-160	«Rotormatic» Pl 6028-8	На базе пластикатора ПВЧ-63В и двух прессов Д2724
Усилие пресса, кН	1600	200	250
Число позиций в комплексе	16	8	20
Общая продолжи- тельность цикла прессования,с	1152	160	143-430
220

Окончание табл. 23
Параметры	Модель		
	ЛПИ-160	«Rotormatic» Pl 6028-8	На базе пластикатора ПВЧ-63В и двух прессов Д2724
Продолжительность выдержки под дав- лением, с	823	80	100-300
Производительность, шт/мин	0,8	3,0	3,0-8,5
Установленная мощ- ность, кВт	100	-	46,5
Габаритные разме- ры, мм: длина ширина высота	6350 5750 2900	—	6000 7000 3000
Принципиальная схема роторной линии 2138с усилием прессова-
ния 160 кН приведена на рис. 150.
Из бункера 5 пресс-порошок самотеком поступает в гнездо ротора
таблетирования 6, где, проходя с ротором по окружности, таблетирует-
ся и выталкивается на верхнюю плоскость ротора. Качающейся кули-
сой 4 таблетка переводится на лоток 7 и отту-
еда поступает на ротор прессования 8, который
имеет 30 позиций. На каждой позиции есть
формующая оснастка, которая передвигается
] вместе с ротором. Одновременно оснастка со-
вершает вертикальное перемещение для прес-
7 сования с вышеуказанным усилием.
> После выдержки под давлением (156—
434 с) отформованное изделие выталкивает-
ся и качающимся рычагом / по лотку 2
345	сбрасывается в тару 3. Часовая производи-
тельность линии 216-600 изделий/ч, установ-
Рис. 150	ленная мощность 38 кВт.
221

Раздел III. ОБОРУДОВАНИЕ ЗАВЕРШАЮЩЕГО ЦИКЛА
1.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ИЗДЕЛИЙ
1.1.	Особенности механической обработки изделий из пластмасс
Механическая обработка занимает важное место в производстве
изделий из пластмасс, особенно из термореактивных. Это связано с
тем, что:
-	слоистые пластики подвергается только механической обра-
ботке;
-	единичные детали экономичнее делать механической обработ-
кой, к тому же они получаются более точными;
-	необходимо удалять получающиеся на изделиях при формовании
заусенцы, грат, пленки, литники.
Механическая обработка, таким образом, является необходимой,
широко применяемой и наиболее трудоемкой (для реактопластов до
65% от общей трудоемкости) при производстве деталей из пластмасс.
Различают собственно обработку и зачистку изделий.
Механическая обработка деталей из пластмасс связана со снятием
стружки (точением, фрезерованием, сверлением, при нарезании резь-
бы и т. п.). Выполнение операций доработки обеспечивает не только
заданную конфигурацию и размеры деталей, но и более высокую точ-
ность, чем та, которая может быть достигнута в процессе переработки.
Чем рациональнее конструкция деталей из пластмасс, тем меньше не-
обходимость в операциях доработки.
Под зачисткой деталей понимают технологический процесс, в ре-
зультате которого с поверхности деталей удаляется излишек материа-
ла, неизбежно образующийся в процессе переработки пластических
масс вследствие особенностей технологии, конструкции и состояния
оснастки и оборудования.
Зачистка деталей из пластмасс обязательна, она часто сочетается с
доработкой (если удаление излишков материала связано с образовани-
ем фаски или получением точных размеров).
Форма и расположение излишков материала - грата (облоя) - на по-
верхностях деталей зависит от способа переработки пластмассы в детали.
222

Различают грат (осевой (рис. 151, я) и радиальный (рис. 151, б)) по
любому контуру; грат в отверстиях (пленка (рис. 151, в)) и наплывы на
металлической арматуре (рис. 151, г).
Рис. 151
К излишкам материала относятся и литники, образующиеся на по-
верхностях пластмассовых деталей при изготовлении их пресс-литьем
или литьем под давлением.
Рациональная конструкция деталей из пластмасс должна предус-
матривать наиболее простое и минимальное по протяженности распо-
ложение грата и литников, возможность удаления их без ухудшения
внешнего вида и изменения размеров деталей.
Особенности процессов обработки пластмассовых изделий обус-
ловлены свойствами полимерных материалов, т. е. типом и количеством
наполнителя и связующего.
Оценка обрабатываемости пластмасс достаточно сложна. Посколь-
ку требует учета некоторых факторов.
Относительно низкая плотность, невысокая прочность и твердость
пластмасс обусловливают малое сопротивление пластмасс сжатию и
срезу при обработке резанием, и усилия резания оказываются значи-
тельно меньшими, чем при обработке металлов. Поэтому появляется
возможность применять для обработки пластмасс высокие режимы
резания. Станки для механической обработки пластмасс должны быть
быстроходными, легкими (при достаточной жесткости), с более широ-
кими пределами подач.
Практически все пластмассы характеризуются высокой упругос-
тью. Упругость реактопластов в 40 раз больше упругости стали. Это
вызывает необходимость использования инструмента с острой режу-
щей кромкой, иначе неизбежно ухудшение внешнего вида обработан-
ной поверхности.
223

При обработке реактопластов основная доля работы резания зат-
рачивается на упругое деформирование, разрушение снимаемого слоя
и на работу трения (как и для чугунов).
При резании пластмасс образуется легко рассыпающаяся струж-
ка надлома. Потому не требуются большие передние углы, которые
обычно выбирают для уменьшения работы пластического деформи-
рования при резании вязких материалов, например металлов. Это не
снижает значительно силы резания, но из-за уменьшения угла заост-
рения ухудшает отвод теплоты, приводя к понижению стойкости ин-
струмента.
При резании термопластов в большинстве случаев образуется не-
прерывная сливная стружка, и поэтому передние углы режущих инст-
рументов должны иметь большие значения, чем при резании реактоп-
ластов. С увеличением скорости резания как для реактопластов, так и
для термопластов значения переднего угла должно уменьшаться. Так
как силы резания при обработке пластмасс незначительны, то количе-
ство теплоты, образующейся при одинаковых условиях резания, зна-
чительно меньше, чем при резании металлов. Несмотря на это, при
резании пластмасс возникают сравнительно высокие температуры на
трущихся поверхностях инструмента. Это объясняется тем, что тепло-
проводность пластмасс в несколько раз меньше, чем металлов.
Процесс резания пластмасс можно представить себе как быстрое те-
чение оболочки упругого теплоизолирующего материала вокруг кромки
режущего инструмента. Выделение тепла при этом очень велико из-за
высокого коэффициента трения этих материалов по металлу. Поэтому
правильный выбор материала, инструмента по его теплопроводности спо-
собствует снижению температуры режущих граней и повышению стой-
кости.
Следует отметить, что понизить температуру в зоне резанья с по-
мощью смазочно-охлаждающей жидкости часто невозможно из-за от-
носительно высокого водопоглощения большинства пластмасс, что
ведет к ухудшению их свойств и значительному снижению качества
обработанной поверхности, поэтому наиболее часто при обработке
пластмасс резанием для охлаждения применяют сжатый воздух.
При резании пластмасс износ режущего инструмента происходит
главным образом по задним граням с округлением режущей кромки.
Величина наибольшего допустимого износа режущего инструмента по
задней грани (критерий затупления), при которой еще обеспечивается
224

нормальное, с точки зрения качества обработанной поверхности, реза-
ние пластмасс, значительно меньше, чем при обработке металлов. Это
объясняется, прежде всего, низкой температуростойкостью органичес-
ких связующих пластмасс. С повышением износа увеличивается по-
верхность трения и в зоне резания выделяется большое количество теп-
ла. Это приводит к значительному разогреванию обрабатываемого
материала и появлению «прижогов».
Для различных реактопластов условная теплостойкость колеблет-
ся в пределах 125-250°С, а для термопластов 35-80°С.
Таким образом, теплостойкость пластмасс является важной харак-
теристикой, которая в зависимости от технологических требований,
предъявляемых к обрабатываемой поверхности, может ограничивать
критерий износа инструмента. Из-за низкой температуры размягчения
пластмассы налипают на инструмент, что вызывает изменение усло-
вий трения и образование задиров на обрабатываемой поверхности.
При резании термопластов изношенным инструментом они, раз-
мягчаясь в результате нагрева, обволакивают рабочую поверхность
инструмента, и стружка задерживается на рабочей поверхности, ухуд-
шая условия резания; обработанная поверхность оплавляется.
1.2.	Универсальные установки для механической обработки
Галтовочный барабан предназначен для зачистки в массовом и круп-
носерийном производствах изделий (в основном из пресс-порошков),
имеющих горизонтально и вертикально расположенный грат, толщина
которого не превышает 0,1-0,2 мм. Барабан приводится в обращение
электродвигателем через редуктор.
Наиболее распространены круглые и граненые барабаны. Луч-
ше всего проводить галтовку в восьмигранных барабанах диамет-
ром 750 мм и шириной 400 мм.
Корпус галтовочного барабана изготовляют из листовой стали.
С внутренней стороны его облицовывают древесиной или резиной тол-
щиной 6-8 мм, что позволяет в значительной степени уменьшить шум.
Деревянная или резиновая обшивка предохраняет корпус барабана от
ржавления (ржавчина может испортить внешний вид детали) при так
называемой «мокрой галтовке», когда для интенсивного удаления ри-
сок с поверхности детали соответствующий абразивный материал сме-
шивается с водой.
15 Ревяко М.М., Каспсрович О.М.
225

В качестве рабочего инструмента используют наполнители (метал-
лическая арматура, деревянные кубики, керамические элементы), ус-
коряющие процесс галтования.
Размеры и форма наполнителей определяются размерами и фор-
мой обрабатываемых деталей. Во всех случаях габариты наполнителя
должны быть меньше, чем размеры обрабатываемых изделий. Обычно
корпус галтовочного барабана имеет смещенную ось вращения («пья-
ная бочка»). Для обработки небольших партий малогабаритных изде-
лий применяют групповую установку по 4-8 барабанов на одном стен-
де с несколькими роликоопорами (рис. 152).
Рис. 152
На верхних роликах 5, 6 установлены барабаны 7, а на нижних ро-
ликах 3,4- более крупные барабаны 2. Ролики 4 и 5 - приводные (кру-
тящий момент передается на ролики электродвигателем через редук-
тор /).
Скорость вращения галтовочных барабанов выбирается в зави-
симости от типа пластмассовых изделий и требуемой чистоты обра-
ботки.
Для изделий неэлектроизоляционного назначения следует приме-
нять «мокрое» галтование. Барабан, в котором производится такое гал-
тование, должен быть герметичен. Две трети его объема загружают
пластмассовыми изделиями и наполнителями и заполняют водой, сдер-
живающей удары при обработке. Этот способ зачистки является наи-
лучшим.
226

vxA o ZSC	При «мокром» галтовании скорость вра-
/ / щения барабана может быть значительно
\ \ \у 'у/ увеличена, в результате чего сокращается
хлу \ \	/ Ддчхч время зачистки.
у' у	Обработка изделий в V-образном гал-
\ X /	товочном барабане (рис. 153), состоящим
XX	из ДВУХ цилиндров диаметром около 200
мм, соединенных под углом 60°, происхо-
Рис. 153	дит в результате интенсивного соприкосно-
вения деталей между собой и со стенками
барабана за счет создания противоточного направления движения
деталей при перемещении их из верхних слоев к основаниям. В та-
ком барабане детали можно и полировать.
Частота вращения галтовочного барабана выбирается в зависимос-
ти от вида обрабатываемых пластмассовых деталей, от их размера и кон-
фигурации, а также от условий галтовки («сухая» или «мокрая»). Быст-
рое вращение барабана приводит к тому, что детали «переносятся» то в
верхнюю, то в нижнюю часть барабана и возможны повреждения их
поверхности. В то же время при небольшой частоте вращения барабана
не создается достаточная сила трения между галтуемыми деталями.
При галтовке крупных (наибольший размер свыше 50 мм) или не-
прочных деталей частота вращения галтовочного барабана выбирает-
ся равной 20-30 об/мин; для деталей, выдерживающих сильные удары,
40-80 об/мин.
Продолжительность галтовки определяется формой детали и толщи-
ной грата. При толщине грата до 0,05 мм время обработки 2-
5 мин, для толстого (до 0,15 мм) грата 1-3 ч, для очень толстого (до 0,35 мм)
грата 3-7 ч.
Галтовка дает хорошие результаты при толщине грата не более
0,3 мм. В этом случае места обработки имеют вид мелких сколов, не
превышающих 0,5 мм. При толщине грата до 0,1 мм сколов на деталях
не наблюдается.
Все детали после галтовки обдувают в камере сжатым воздухом
для удаления пыли, облоя. При «мокрой» галтовке образующиеся в
процессе трения частицы пыли смываются водой, а детали сушатся.
Вибрационная зачистка деталей из пластмасс применяется для
удаления грата, скругления острых кромок, полирования и глянцева-
ния поверхностей.
227

При виброзачистке детали испытывают одновременное воздействие
микроударов и трение. Удары вызваны действием направленных виб-
раций, сообщаемых рабочей камере, в которую помещены обрабаты-
ваемые детали и рабочая среда. В результате действия трения и боль-
шого числа микроударов происходит хрупкое разрушение и истирание
обрабатываемого материала. Схема установки для вибрационной зачи-
стки показана на рис. 154.
Детали загружаются в камеру 7, заполненную требуемой рабо-
чей средой. Камера, смонтированная на пружинах 2, может коле-
баться в различных направлениях. Эта камера подвергается вибра-
ции от инерционного вибратора 3. Последний представляет собой
вал с двумя опорами, размещенными в сварном или литом корпусе,
и расположенными в конце вала дисками с несбалансированными
грузами.
Смещением подвижного груза относительно неподвижного осу-
ществляется изменение возмущающей силы вибратора и соответствен-
но амплитуды колебания. Обычно амплитуда колебаний Я изменяет-
ся в пределах от 0,5 до 5-9 мм. Частота колебаний регулируется
от 900 до 3000 кол/мин.
Рис. 154
Детали и рабочая среда при таком методе зачистки непрерывно
подвергаются переменным по знаку ускорениям и перемещаются от-
носительно друг друга, совершая два движения: колебание и медлен-
ное вращение всей массы (циркуляционное движение).
228

В процессе обработки детали занимают различные положения в
рабочей среде, что обеспечивает достаточно равномерную обработку
всех поверхностей.
Различают сухую и мокрую виброзачистку. Мокрой можно подвер-
гать детали, материал которых не поглощает воду.
Интенсивность вибрационной зачистки зависит от режимов и про-
должительности обработки, характеристик и размеров частиц рабочей
среды, объема камеры и степени ее заполнения. Количество удаляемо-
го материала (съем) возрастает с повышением частоты и амплитуды
колебаний, размеров частиц рабочей среды, массы обрабатываемых
деталей, с увеличением степени заполнения рабочей камеры.
Рабочая камера заполняется обычно на 0,7-0,8 ее объема. Однако
увеличение количества удаляемого материала наблюдается до тех пор,
пока существует значительная разница в объемах рабочей среды и об-
рабатываемых деталей (объем деталей должен быть в 1,5-2 раза мень-
ше объема рабочей среды).
Для достижения максимального удаления обрабатываемого мате-
риала частицы неабразивной рабочей среды (гетинаксовые призмы,
стальные шарики, морской кремень и др.) должны быть шероховаты-
ми, обладать достаточной массой, что в целом обеспечивает лучшие
скоблящие (режущие) свойства.
Конфигурация обрабатываемых деталей определяет характер кон-
такта частиц рабочей среды с различными элементами обрабатывае-
мой поверхности. Наиболее интенсивно происходит обработка острых
кромок, ребер и прочих выступающих элементов обрабатываемых по-
верхностей. При этом незначительно изменяются размеры деталей.
Вибрационная зачистка не вызывает существенных изменений
физико-механических и диэлектрических свойств пластмасс и поэто-
му применяется для обработки деталей ответственных приборов.
Дробеструйная зачистка применяется для удаления грата пу-
тем обдувки деталей из пластмасс дробинками из неабразивных ма-
териалов.
Дробинки приводятся в движение с помощью сжатого воздуха или
центробежной силы быстро вращающегося колеса. Скорость обдувки
принимается, в зависимости от вида и размера используемых дроби-
нок, от 3000 до 4200 м/мин. С повышением скорости обдувки увеличи-
вается износ шариков и обрабатываемая поверхность становится бо-
лее шероховатой.
15* Ревяко М.М., Касперович ОМ.
229

Хорошие результаты дает использование пластмассовых шари-
ков, дробленой абрикосовой и ореховой скорлупы или фруктовых
косточек. Они имеют достаточную массу, чтобы удалять грат, и в то
же время не так массивны и остры, чтобы повредить поверхность
пластмассовых изделий. Дробеструйная обработка позволяет уда-
лять грат толщиной не более 0,2 мм. Поэтому наиболее часто дробе-
струйная обработка используется для удаления грата изделий из ре-
актопластов. При обработке термопластов для придания материалу
хрупкости можно охладить его сухим льдом. По зарубежному опы-
ту удаление грата обдувкой оказывается часто экономичнее, чем гал-
товкой.
Слесарная зачистка пластмассовых деталей применяется в тех
случаях, когда детали не могут быть полностью или частично обра-
ботаны никаким другим способом, или в условиях мелкосерийного
производства, когда затраты на приобретение или изготовление спе-
циального оборудования не могут окупиться. Слесарную обработку
используют почти на всех заводах, получающих детали из пластмасс.
Для слесарной обработки в основном используются следующие ин-
струменты: напильники, скальпель, латунный нож, надфили, кусачки,
пинцеты, молоток.
1.3.	Станки и приспособления для зачистки
Для зачистки горизонтального и вертикального облоя, литников,
для удаления облоя из центральных отверстий, а также для сверления
отверстий в деталях из реактопластов и термопластов применяются мо-
дернизированные настольные токарные станки (рис. 155).
Рис. 155
230

В передней бабке / установлен патрон 2 с зажимными губками 3.
Патрон получает вращение через редуктор от электродвигателя. Обра-
батываемая деталь зажимается в патроне. Режущий инструмент кре-
пится в поперечной каретке 4 или в пиноли задней бабки 5. Станина
пинольного токарного станка 6 крепится на верстаке.
Сверление пластмасс проводят на универсальных настольно-свер-
лильных станках модели НС-12А сверлами различных конструкций
(рис. 156).
Рис. 156
На станке 1 установлена стойка 2. На стойке укреплена каре-
тка 3, которая может перемещаться по стойке. На каретке укреплен
электродвигатель 4 со шкивами 6, второй шкив сидит на валу шпин-
деля 7. В шпиндель вставляется сверло или зенкер 8, которым мож-
но обрабатывать отверстия различного диаметра в пластмассовых
деталях.
Кроме представленного выше универсального оборудования для
обработки пластмассовых изделий применяются и специальные стан-
ки. На рис. 157 представлена схема полуавтомата для обработки круг-
лых деталей.
Обрабатываемая деталь 9 устанавливается на вращающийся диск 2.
С диска по направляющей планке 8 деталь попадет в зазор между план-
кой и движущимся прорезиненным ремнем 3. За счет трения ремень пе-
ремещает деталь, одновременно вращая ее, вдоль набора вращающихся
наждачных камней /, при этом кромка детали 9 обрабатывается. Чтобы
деталь не отжимала ремень, на внутренней стороне его устанавливается
металлическая планка 6, прижатая пружинами 4 от упора 7. Производи-
231

дельность такого полуавтомата достигает 21 тыс. деталей в смену в зави-
симости от их габаритов.
Рис. 157
Для обработки прямоугольных деталей применяется полуавтомат,
схема которого представлена на рис. 158.
Работает он следующим образом. Деталь / вручную вставляется
в лоток 11, в котором непрерывно движется цепь 9, приводимая в
движение звездочками 12, 13. Крутящий момент от электродвига-
232

теля 6 через редукторы 5, 7 переда-
ется на вал верхний 14 и нижний 15.
На эти валы насажены наждачные
круги 2, 3. При прохождении прямо-
угольной детали между первой парой
камней 2, 3 обрабатываются две ее
стороны, затем кулачком 4 деталь по-
ворачивается на 90° и проходит под
следующей парой наждачных кам-
ней 2, 3 - обрабатываются две дру-
гие стороны, и детали по лотку 11 вы-
талкиваются в тару.
Для изделий сложной формы в
мелкосерийном производстве приме-
няют комбинированные установки,
оснащенные различными инструмен-
тами. Такая установка, представлен-
ная на рис. 159, позволяет на одном
рабочем месте выполнять ряд операций обработки и заменяет несколько
настольных станков - сверлильный, токарный, зачистной.
Электродвигатели 6 мощностью 0,25-0,5 кВт вращают инструмен-
ты 7 и 8 со скоростью до 2800 об/мин (в зависимости от диаметра ра-
бочей части инструмента). Кронштейны электродвигателей установле-
ны на вертикальной стойке 10. К комбинированному инструменту 7
изделие подводится вручную. Изделие, обрабатываемое фрезой или
сверлом 8, вначале вручную устанавливают на одной из оправок 9, а
затем с помощью ножной педали 11 через систему рычагов его подво-
дят к инструменту. При необходимости вращение на оправки 9 может
передаваться одним из электродвигателей через клиноременную пере-
дачу. В этом случае можно обрабатывать на изделиях круговой грат
(так же как на токарных станках).
Для зачистки вертикального облоя и литников на наружной по-
верхности используют горизонтально-зачистные приспособления
(рис. 160). Шпиндель /, на котором крепится шлифовальный круг 2,
приводится во вращение электродвигателем 3. Пластмассовая деталь
прижимается к вращающемуся кругу вручную.
233

Рис. 161
Вертикально-зачистное приспособление (рис. 161) предназначено для
зачистки горизонтального и вертикального облоя, удаления литников.
Электродвигатель 1 вращает шлифовальный круг 2. На поворотный
стол 3 помещается обрабатываемая деталь, соприкасающаяся с шлифо-
вальным кругом и выводится вручную от центра диска к его периферии.
Электродвигатель и поворотный стол устанавливаются на верстаке 4.
Для снятия фасок с плоских деталей и для удаления горизонталь-
ного облоя и литников, расположенных на наружной поверхности, ис-
пользуется специальное зачистное приспособление с шлифовальным
кругом (рис. 162).
Рис. 162
Шлифовальный круг 1 приводится в движение с помощью элект-
родвигателя через клиноременную передачу. Обрабатываемую де-
таль 3 помещают на планку 4 стола 5 и прижимают к упору 2. Деталь
подводят к шлифовальному кругу вручную. Электродвигатель и стол
крепят на верстаке 6.
Облой удаляют по периметру детали. Величину образуемой при
этом фаски регулируют перемещением стола в перпендикулярном на-
правлении к оси вала.
234

Удаление горизонтального и вертикального облоя, литников и
вскрытие профильных отверстий в деталях проводят на зачистном стан-
ке (рис. 163).
Рис. 163
Шпиндель вращается электродвигателем через ременную переда-
чу. Цилиндрические и конические шлифовальные круги 3 закреплены
в цанге 2. Деталь подводят к кругу и перемещают вручную, касаясь его
всеми точками обрабатываемой поверхности.
2.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ПЛАСТМАСС
2.1.	Сущность процесса сварки
Соединение термопластичных полимерных материалов между со-
бой при сборке из них конструкций может осуществляться механичес-
ким путем с помощью болтов, заклепок и других крепежных элемен-
тов, путем склеивания с использованием различных клеевых составов,
а также с помощью сварки.
Из всех перечисленных методов только при сварке отсутствует
необходимость введения в зону соединения инородных материалов и
представляется возможным получить в этой зоне связи, характерные
для исходного материала, а следовательно, максимально приблизить
соединение к исходному материалу по механическим свойствам, га-
зопроницаемости, диэлектрическим характеристикам и другим свой-
ствам.
Введение энергии, необходимой для активации соединяемых по-
верхностей, и приложение давления, требуемого для достижения меж-
235

ду ними контакта, возможно с помощью одних и тех же лиоо различ-
ных инструментов.
Активация свариваемых поверхностей может происходить в резуль-
тате контакта их с теплоносителями - нагретыми инструментами, газа-
ми либо присадочными материалами, а также за счет поглощения и
преобразования энергии высокочастотных электрических колебаний,
лучистой энергии, механической энергии трения либо энергии высо-
кочастотных механических колебаний.
В конечном счете, активация, независимо от способа ее осуществ-
ления, состоит в нагреве свариваемых поверхностей и проявляется в
повышении энергии теплового движения макромолекул.
Иногда процессу нагрева предшествует и сопутствует ряд других
явлений, обусловленных специфическими особенностями приме-
няемых источников энергии: смещение диполей под воздействием вы-
сокочастотного электрического поля при высокочастотной сварке; ме-
ханические колебания ультразвуковой частоты при сварке ультразву-
ком и др.
Процессы взаимодействия активированных свариваемых повер-
хностей при их контакте наиболее ответственны за свойства образо-
вавшегося сварного соединения, так как только при реализации в зоне
контакта взаимодействия между макромолекулами полимера, харак-
терного для исходного материала, возможно получение соединения,
близкого к нему по свойствам. Силы межмолекулярного взаимодей-
ствия (силы Ван-дер-Ваальса) и особый вид межмолекулярного взаи-
модействия - водородная связь, проявляются на расстояниях, равных
(3-4)-10 7 мм. Поэтому сущность этой стадии процесса состоит в сбли-
жении макромолекул соединяемых поверхностей на такие расстоя-
ния, чтобы между ними проявились силы межмолекулярного взаимо-
действия.
В соответствии с концепцией К. И. Зайцева механизм образования
сварных соединений термопластов в состоянии расплава включает два
этапа. На первом этапе происходит макроскопическое течение поли-
мера. При течении из зоны контакта вытесняются ингредиенты, пре-
пятствующие взаимодействию макромолекул (газовая прослойка, окис-
ленные и дефектные слои), при этом возможно перемешивание
расплава. На втором этапе между сблизившимися макромолекулами
возникает ван-дер-ваальсово взаимодействие, включая и взаимную диф-
фузию, обусловленную энергетическим потенциалом и неравномерно-
236

стью теплового поля в месте соединения. Эта концепция послужила
основой для разработки расчетных методов определения режима свар-
ки термопластов.
Термопластичные материалы по их свариваемости можно разде-
лить на три группы.
Группа 1 - неориентированные термопласты с энергией активации
вязкого течения значительно меньшей, чем энергия разрушения хими-
ческой связи (не более 150 кДж/моль), температурным интервалом вяз-
котекучего состояния (Г - Г > 50°С), вязкостью расплава, равной 102-
10s Па-с в интервале сварочных температур.
Все эти термопласты хорошо свариваются плавлением, сварка воз-
можна с помощью различных способов в широком интервале темпера-
тур: от температуры текучести до температуры деструкции.
Группа 2 - термопласты с энергией активации вязкого течения, близ-
кой к энергии разрушения химической связи, узким температурным ин-
тервалом вязкотекучего состояния (менее 50°С) или сравнительно высо-
кой вязкостью расплава (107—108 Па-с), а также ориентированные
полуфабрикаты из всех известных термопластичных материалов. Все эти
термопластичные материалы относятся к трудносвариваемым. Для тер-
мопластов с высокой энергией активации вязкого течения существует
высокая опасность деструкции при нагреве их до вязкотекучего состоя-
ния; термопласты с узким температурным интервалом между Г и Г
могут разлагаться при незначительном перегреве; для ориентированных
термопластов при нагреве их до вязкотекучего состояния неизбежно
нарушение ориентированной структуры, обеспечивающей прочность
материала; для термопластов с высокой вязкостью расплавов необходи-
мы достаточная скорость течения и перемешивание расплава.
Группа 3 - термопласты, энергия активации вязкого течения которых
превышает энергию химической связи, а также термопласты, вязкость
расплава которых составляет 1011012 Па-с. Эти термопласты практичес-
ки не могут быть переведены в вязкотекучее состояние, следовательно,
возможность сварки их плавлением практически исключена.
Образование сварных соединений таких термопластов возможно
только за счет диффузионных процессов на границе раздела при усло-
вии, если необходимый для этого контакт создается высокоэластичес-
кой деформацией материала. Диффузионная сварка осуществляется
путем длительного контакта соединяемых поверхностей, продолжитель-
ность которого, необходимая для обеспечения заданной прочности свар-
237

ных соединений, должна быть тем выше, чем ниже температура свар-
ки. Диффузионную сварку следует выполнять при максимальных тем-
пературах и давлениях, соответствующих пределу вынужденной элас-
тичности материала при этих температурах.
В настоящее время применяются различные способы сварки изде-
лий из пластмасс. В принципе все они осуществляются с нагревом зоны
соединения. В зависимости от применяемых источников нагрева спо-
собы сварки можно разделить на две группы (рис. 164).
Рис. 164
К первой группе относятся способы сварки, в которых использует-
ся энергия внешних источников теплоты. В этих способах теплота пе-
редается свариваемым поверхностям за счет конвекции, теплопровод-
ности и частичного лучеиспускания.
Ко второй группе относятся способы сварки, в которых тепло-
та генерируется внутри изделия в результате преобразования раз-
личных видов энергии. При этом используется энергия инфракрас-
ного излучения, токов высокой частоты, ультразвуковых колебаний,
трения.
238

Выбор способа сварки зависит от свойств полимера, серийности
выпуска, вида и толщины свариваемых изделий, типа конструкций,
предъявляемых к ним требований и т. д. Каждый способ сварки имеет
свои определенные преимущества и ограниченные возможности. Наи-
более распространенными способами являются сварка нагретым газом
и нагретым инструментом (экономичны, просты, доступны) и сварка
токами высокой частоты (отличается большой производительностью).
2.2.	Аппараты и установки для сварки
Для сварки термопластов газовым теплоносителем с присадочным
прутком известны отечественные горелки с нагревом газосгорающи-
ми смесями (газопламенные) косвенного действия ГГК-1 и прямого
действия ГГП-1, а также газовые горелки ГЭП-1, ГЭП-2 прямого дей-
ствия с электрическим нагревом газа-теплоносителя.
Газопламенная горелка косвенного действия ГГК-1 выполнена на
базе ацетилено-кислородной горелки «Малютка». В качестве газа-теп-
лоносителя используется воздух либо инертный газ; в качестве горю-
чего газа - пропан либо природный газ.
Горючий газ под давлением 0,05-0,1 МПа от сети по резинотканево-
му шлангу подводится к ниппелю и далее поступает к регулировочному
вентилю корпуса горелки. Струя горючего газа, затекая с большой ско-
ростью в смесительную камеру, расширяется, через боковые отверстия
стабилизатора засасывается воздух, и образуется горючая смесь. Пос-
ледняя вытекает из отверстия смесителя через сопло в полость стабили-
затора, где при зажигании обеспечивает длинный факел пламени. Газ-
теплоноситель, подводимый к ниппелю, поступает через регулировочный
вентиль в змеевик, нагревается и выходит через сопло. Экранирующий
кожух обеспечивает выход продуктов сгорания через специальное от-
верстие и вместе с тем концентрирует теплоту в зоне обогрева и увели-
чивает КПД горелки.
Горелка нормально работает при расходе пропана 0,1 м3/ч или при-
родного газа до 0,3 м3/ч. Она комплектуется одним наконечником с соплом
диаметром 3 мм. Температура газа-теплоносителя регулируется путем из-
менения длины пламени и количества подаваемого газа-теплоносителя.
Более экономичны и производительны газопламенные горелки пря-
мого действия. В этом случае газ-теплоноситель представляет собой
смесь воздуха с продуктами сгорания горючего газа.
239

Рис. 165
пает в трубку 4 и, пройдя вентиль
Газопламенная горелка прямого
действия ГГП-1 (рис. 165) работает
на пропане или природном газе и на
воздухе, подаваемых от источников
питания под давлением соответ-
ственно 0,01-0,1 и 0,08-0,5 МПа.
Сжатый воздух поступает в горелку
от магистральной воздушной линии.
Горелка состоит из ствола и ка-
меры сгорания. Ствол, в свою оче-
редь, состоит из рукоятки 1 с ниппе-
лями 2, 3 для присоединения
пропанового и воздушного резино-
тканевых рукавов, трубок 4 и 5 для
горючего газа и воздуха, корпуса 6 с
регулировочными вентилями 7 и & для
горючего газа и воздуха и завихрите-
ля 9. Камера сгорания имеет цилинд-
рическую часть 10 и мундштук 11.
Горючий газ под избыточным
давлением через ниппель 2 посту-
7, направляется в центральный ка-
нал завихрителя и вытекает из него с критической скоростью в каме-
ру сгорания. Воздух через ниппель 3, трубку 5 и вентиль 8 подходит к
кольцевому зазору завихрителя и поступает в камеру сгорания, обра-
зуя цилиндрический вихревой поток. Внутренние слои вихревого воз-
душного потока захватывают струю горючего газа и, перемешиваясь
с ней, создают вращающийся спиралеобразный газовый поток.
При зажигании горючего газа и последующем медленном впуске воз-
духа пламя горит во внутренней полости камеры сгорания. Факел пламени
нагревает воздух, который в свою очередь охлаждает продукты сгорания.
При увеличении расхода воздуха горящая газовоздушная смесь
обжимается избыточным воздухом и изолируется от соприкосновения
со стенками камеры сгорания, что уменьшает их перегрев.
Горелка обеспечивает до 2,5-3 м3/ч смеси продуктов сгорания и воз-
духа. При расходе пропана 0,025-0,04 м3/ч или природного газа 0,028-
0,11 м3/ч тепловая мощность горелки эквивалентна мощности электро-
нагревателя 600-800 Вт. Температуру газовой смеси и ее состав можно
240

изменять в широких пределах с помощью вентилей 7, 8. Горелка имеет
массу 0,6 кг, отличается маневренностью в работе и простотой конст-
рукции, может применяться для сварки присадкой в виде прутков диа-
метром 2-6 мм либо в виде лент шириной 30-40 мм.
Электрические горелки ГЭП-1 и ГЭП-2 состоят из рукоятки 3 с
регулировочным вентилем 4 , корпуса 2 и сопла 1 (рис. 166).
Рис. 166
Внутри рукоятки находятся две трубки для прохода теплоносителя
и электро кабеля, концы которого соединены с электроспиралью, уло-
женной на асбестовой пластине в керамической трубке. Газ-теплоно-
ситель под давлением 0,015-0,1 МПа поступает в корпус горелки. При
движении по цилиндрическому каналу керамической трубки теплоно-
ситель омывает спираль нагревателя и вытекает из сопла горелки с
определенной температурой и скоростью. Температуру газа регулиру-
ют изменением электрических параметров нагревателя и количества
проходящего через них газа.
Технические характеристики большинства горелок, различающих-
ся по конструктивным особенностям, практически одинаковы, мощность
нагревательных элементов составляет 500-800 Вт, расход газа-теплоно-
сителя до 3 м3/ч, рабочее напряжение не более 38 В. Имеется ряд уст-
ройств, позволяющих несколько увеличить скорость ручной сварки.
Повышение производительности процесса обеспечивает механи-
зация сварки. При механизированной сварке достигается стабилиза-
ция основных параметров режима (температуры, давления, скорости),
обеспечивается стабильный угол наклона сопла аппарата и присадоч-
ного прутка к поверхности свариваемого материала, представляется
возможным использовать различные приемы для предварительного
подогрева присадочного материала и благодаря этому несколько сни-
зить оптимальную температуру газа-теплоносителя (на 10-15°С). Од-
нако механизированная сварка лишена основного достоинства ручно-
го процесса - гибкости и маневренности.
16 Ревяко М.М., Касперович О.М.
241

/1ля сварки газовым теплоносителем с присадочным прутком пря-
молинейных протяженных швов в нижнем положении созданы специ-
альные полуавтоматы ПГП-1 и «Пчелка», основные технические ха-
рактеристики которых приведены в табл. 24.
Таблица 24
Параметры	ПГП-1	«Пчелка»
I kin ряжение, В: питающей сети нагревателя	220 36	220 36
11отребляемая мощность, кВт	0,75	1,2
Давление воздуха, МПа	0,05	0,05
Расход воздуха, м7ч	1,2	1,0
Т емпература теплоносителя, °C	500	450
Скорость сварки, м/мин	<1	>1,7
| Толщина свариваемого материала, мм	до 4	до 4
Для сварки пластических масс контактным нагревом применяют
инструменты, которые, нагреваясь от какого-либо источника теплоты,
ли ем передают ее свариваемым поверхностям. Такие инструменты
изготовляют обычно из нержавеющей стали и тщательно полируют.
Чем тщательнее обработана рабочая поверхность таких инструментов,
гем выше качество получаемого шва. Инструмент подогревается чаще
электрическим и реже газовым обогревным устройством. В последнем
случае инструмент должен нагреваться некоптящим пламенем, так как
грязь и копоть затрудняют сварку и ухудшают качество шва.
Конструкции нагревательных инструментов для ручной сварки весь-
ма разнообразны: плоские и криволинейные пластины, ролики, тонкие
полосы, клинья, призмы, цилиндры, а также специальной формы кле-
ит, электроутюги, электропаяльники и т. д.
Для сварки готовых пакетов и особенно защитных оболочек из плен-
ки очень больших размеров, например для упаковки машин, использу-
егся переносная сварочная аппаратура.
Аппаратура Простейшего вида состоит из сварочных клещей, ко-
торые удерживаются в открытом состоянии пружиной и сжимаются в
процессе сварки оператором. Обе части клещей имеют электрообог-
рев с температурным регулятором. В промышленности для контактно-
го нагрева широко применяются электроутюги, рабочая поверхность
которых очень узка и соответствует форме сварного шва. Иногда элект-

роутюги снабжены терморегуляторами, такие утюги применимы для
сварки различных изделий из пластических масс. Свариваемые детали
нагреваются рабочей частью паяльника, а необходимое сварочное дав-
ление достигается за счет прокатки роликом, смонтированным в руко-
ятке. Для получения протяженных прямолинейных швов при изготов-
лении оболочек, резервуаров и других крупногабаритных изделий из
полимерных пленок больших толщин в цеховых условиях разработа-
ны специальные прессы (ПС) с различной длиной /рабочего сварочно-
го инструмента: ПС-1 (/ = 0,4 м), ПС = 3 (/ = 1 м), ПС-4М (7 - 1 м г.
ПС-5 (/ = 3 м), ПС-12 (/=12 м). При длительной контактно-тепловой
сварке изделий из полимерных материалов возможно выделение ток-
сичных летучих веществ. Поэтому сварочные прессы должны быть обо-
рудованы местной вытяжной вентиляцией.
Для получения прямолинейных швов применяют сварочный пресс
ПС-1. Нагревательный инструмент пресса представляет собой два па-
раллельных стальных бруска, обогреваемых электрическим элементом.
Шаг сварки 350 мм. По окончании сварки инструмент охлаждается.
Для полуавтоматической непрерывной сварки крупногабаритных
изделий из пленки толщиной до 200 мкм внахлестку используют ма-
шины серии МСП. Сварка осуществляется в результате контакта сва-
риваемого материала на столе нагретой стальной лентой шириной 5
мм. Схема сварочной головки машины серии МСП представлена на
рис. 167.
.Матери;
Рис. 167
Головка состоит из двух роликов /, один из которых является веду
щим. На ролики натянуты две бесконечные, гибкие металлические огра-
ничительные ленты 2. Между лентами имеется зазор, в котором смонтиро-
вано нагревательное устройство 3. Нагревательное устройство подводиз ся
к свариваемому материалу. Ширина сварного шва определяется расслоя

нием между металлическими лентами и шириной нижней поверхности
нагревателя 3. Основные характеристики машины приведены в табл. 25.
Таблица 25
Параметры	МСП-1
Ширина шва, мм	5
Температура нагрева ленты, °C	до 300
Максимальное контактное давление, МПа	0,6
Скорость сварки, м/мин	до 12
Напряжение питающей сети, В	220
Общая установленная мощность, кВт	2,3
Масса, кг	11,5
Сварка нагретым присадочным материалом заключается в том, что
свариваемые поверхности нагреваются и между ними непрерывно по-
дается расплавленный присадочный материал. Размеры сечения (круг-
лое или плоское) прутка являются одним из факторов, определяющих
теплосодержание присадочного материала, а следовательно, и качество
сварного шва.
Для сварки экструдируемой присадкой создана серия малогабарит-
ных сварочных полуавтоматов, различающихся по конструктивному
оформлению и производительности. Все полуавтоматы укомплектова-
ны рабочими инструментами - пистолетами-экструдерами, которые в
зависимости от способа подачи расплава разделяются на шнековые (ког-
да подача расплава осуществляется шнеком) и прямоточные (когда рас-
плав выталкивается холодным присадочным материалом, загружаемым
в экструдер).
Как шнековые, так и прямоточные пистолеты-экструдеры могут
включать дополнительные приспособления для нагрева газа-теплоно-
сителя. В комплект всех пистолетов-экструдеров входят сменные мун-
дштуки, которые имеют форму, соответствующую форме поперечного
сечения подготовительных кромок, и служат для подачи присадки в
разделку и создания сварочного давления. Полуавтоматы могут быть
переносными, передвижными и стационарными.
Наиболее широкое применение получили полуавтоматы ПСП-5,
ПСП-5М, ПСП-6 и РЭСУ-500 с прямоточными пистолетами и ПСП-ЗЭ,
ПСП-4 со шнековыми пистолетами.
Технические характеристики установок для сварки термопластов
экструдируемой присадкой представлены в табл. 26.
244

Таблица 26
Ревяко М.М., Каспсрович О.М
Тип полуавто- мата	Напря- жение сети, В	Рабочее напряжение нагревателя, В	Производи- тельность экструзии, кг/ч	Диаметр прутка, мм	Скорость подачи прутка (шах), м/с	Пределы регулирования температуры, °C		Расход газа- теплоно- сителя, м3/ч	Масса пистоле- га-экстру- дера, кг
						расплава	газа- теплоно- сителя		
ПСП-5	220	36	0,3	3-6	60	150-300	-	-	1,5
ПСП-5М	220	36	0,3	3-6	60	150-350	150-370	0,5	1,6
РЭСУ-500	220	24:36	0,5	4	-	170-280	150-450	3,0	1,5
ПСП-6	220	36	-	3-6	80	150-400	150-420	0,8	-
псп-зэ	220	36	0,6	3-6	-	150-300	150-320	0,6	6.1
ПСП-4	220	36	0,385	3-6	-	150-300	150-320	0,6	3,3
УСА-1	380/220	36	0,4	3-5	80	150-300	-	-	1,5


Конструкция пистолета шнекового типа для получения распла-
ва позволяет использовать не прутик, а гранулированный материал
(рис. 168).
Рис. 168
Материал загружается в бункер и оттуда поступает в материальный
цилиндр 5. В цилиндре находится шнек 2, который приводится во вра-
щение электродвигателем 8. Воздух попадает через штуцер 7 и далее,
проходя по каналу 4, нагревается от электронагревателей 6 и поступает
на выход в отверстия в раме мундштука 3 (показано стрелками). Элект-
ронагреватели 6 находятся в теплоизолированном корпусе 5. Для подачи
присадок может быть использован канал 7.
Полуавтомат ПСП-5 (рис. 169) - бесшнековый прямоточный,
действие которого основано на выдавливании размягченного (рас-
плавленного) полимерного материала холодным присадочным
прутком.
Пруток присадочного материала подающими роликами 4 протал-
кивается по внутреннему отверстию канала 7. Канал обогревается элек-
троспиралью 6. Все это смонтировано в корпусе 5. Редуктор 3 приво-
дится в действие электродвигателем 7. Редуктор и электродвигатель
размещены в рукоятке 2 пистолета-экструдера. Один из подающих ро-
ликов 4 может регулироваться, что дает возможность настраивать по-
дачу присадочного прутка диаметром 3-6 мм. Входная зона канала 7
охлаждается водой для предотвращения преждевременного размягче-
ния присадочного материала. Производительность ПСП-5 составляет
0,25 кг расплава в час.
246

Полуавтомат ПСП-6 (рис. 170), созданный на базе ПСП-5, предус-
матривает регулировку температуры расплава, укомплектован более
мощным электродвигателем, благодаря которому производительность
по расплаву увеличилась до 0,5 кг/ч.
Цилиндр для прутка материала 2 находится внутри кожуха 7, а меж-
ду ними смонтирован омический электрообогрев 7. Пруток подающи-
ми роликами 5 подается в канал цилиндра. Входная зона канала охлаж-
дается водой при помощи холодильника 4.
Сварка пластических масс нагревом с помощью ИК-излучения ос-
нована на превращении лучистой энергии в тепловую внутри соединя-
емых материалов.
Рис. 170
247

Природа ИК-излучения - электромагнитная, что является след-
ствием колебательных и вращательных движений элементарных
частиц веществ. ИК-лучи в плотной среде не передаются ни с помо-
щью конвекции, ни с помощью теплопроводности. ИК-лучи, как и
лучи видимого спектра, отражаются, преломляются и поглощаются
другими телами.
Для процесса сварки главную роль играет свойство ИК-лучей отда-
вать свою энергию поглощающим их телам. При воздействии ИК-излу-
чения на вещество некоторая часть потока отражается или рассеивается
поверхностью вещества, остальная часть проходит через материал. По
степени поглощения материалом ИК-излучения можно судить о нагреве
его лучистой энергией.
Основным узлом сварочного оборудования является сварочная го-
ловка с источником ИК-излучения, которая должна отвечать следующим
требованиям: создавать без специальных оптических устройств доста-
точно интенсивный и узкий вытянутый пучок лучей, направленных в
зону сварки; максимально равномерно распределять температуру по всей
облучаемой поверхности; обеспечивать минимальное время разогрева
материала до рабочей температуры. Срок службы излучателей должен
быть достаточно большим.
Из широко известных источников ИК-излучения наиболее прием-
лемы для сварки полимеров кварцевые излучатели, силитовые стерж-
ни, а также нагревательные спирали из никель-хромовых сплавов.
Кварцевые излучатели выпускаются в виде трубок, внутри кото-
рых находится токопроводящая спираль. В разборных нагревателях
нихромовая спираль намотана на кварцевый стержень и вставлена в
кварцевую трубку, которая накаляется до 1000-1100°С и генерирует
максимум энергии в диапазоне длин волн 2-3 мкм.
Большое распространение для сварки ИК-излучением получили
стержневые излучатели из силита. Силит представляет собой керами-
ческий материал на основе карбида кремния (кристаллического крем-
ния и углерода) с повышенным электросопротивлением в сочетании с
термостойкостью. Силитовые стержневые нагреватели выпускаются
различных диаметров и длин на рабочие температуры до 1300°С. Не-
обходимо отметить, что плотность излучения и равномерность распре-
деления лучистого потока от силитового стержневого нагревателя в
значительной степени определяется рефлектором, который концентри-
рует и направляет лучи.
248

Коротковолновые ИК-лучи, используемые для нагрева, хорошо от-
ражаются любыми полированными металлами, применяемыми для
изготовления отражателей. Недостатком силитовых нагревателей яв-
ляется то, что они разрушаются под действием кислорода, влаги, паров
щелочи. Срок службы стержней около 1000 часов.
В качестве источников ИК-лучей довольно часто используют ни-
кель-хромовые сплавы благодаря их простоте, надежности и высокой
излучательной способности (82%). Излучатель представляет собой спи-
раль, намотанную на кварцевую или фарфоровую трубку. Температура
нагрева этими излучателями достигает 1000-1100°С. Придавая нагре-
вателям различную форму, можно сваривать швы всевозможной кон-
фигурации.
Все применяемые ручные аппараты состоят из излучателя, отра-
жателя, устройства для фокусирования и рукоятки для удержания ап-
парата.
В современных сварочных устройствах источники лучистой энер-
гии компонуют в зависимости от конкретных условий, диктуемых кон-
струкцией свариваемых узлов, видом материала и условиями сварки.
Например, оптическая система излучателя «Пилад-220» для сварки ли-
нолеума (рис. 171, а) состоит из двух кварцевых ламп КИ 220-1000,
являющихся источниками излучения / (мощностью 1 кВт); двух пара-
болических отражателей 2, изготовленных из сплава АК-6 и крепящихся
с помощью хвостовиков к корпусу устройства; двухступенчатого кол-
лектора 3, 4, у которого вторая ступень 4 одновременно служит при-
жимной рамкой, обеспечивающей совмещения кромок свариваемого
материала 5 в одной плоскости. Коллекторы изготовляют из вы-
соколегированной стали с полированными скосами.
249

В зависимости от взаимного расположения источников излучения
в оптической системе меняется характер теплового поля на нагревае-
мых деталях. Например, с изменением угла наклона отражателей 2 (реф-
лекторов) вокруг их продольной оси (рис. 171,6) меняется интенсив-
ность теплового поля по ширине зоны нагрева. При этом изменяется
угол падения лучевых потоков, а соответственно при угле а = 20° теп-
ловое поле близко к равномерному в зоне стыкуемых деталей (кривая
1). При угле а < 20° (кривая 2) получается резкое снижение температу-
ры вдоль оси шва (своего рода «двугорбое» поле). Если угол наклона
более 20°, то вследствие суммирования потоков лучистой энергии вдоль
оси происходит резкая концентрация температуры (кривая 3), что ве-
дет к перегреву поверхности свариваемых деталей и деструкции
полимера.
Для сварки ИК-излучением используют металлические нагреватели
в виде нагревательных полос, изготовляемых из хромоникелевых ста-
лей, обладающих высоким электрическим сопротивлением (рис. 172),
или в виде колец (для сварки труб), по которым пропускается ток. Ши-
рину полос и зазор между ними выбирают исходя из необходимости по-
лучения однородного температурного поля по всей поверхности излу-
чателя. Так же как и при использовании световых излучателей, всегда
можно подобрать оптимальные размеры этих элементов.
Корпус полосчатого нагревателя представляет собой жесткую свар-
ную раму, на которой крепятся параллельно полосы толщиной 0,2-
0,4 мм, соединенные между собой электри-
чески последовательно или параллельно-
последовательно. Для предотвращения по-
тери устойчивости при удлинении полосы
нагреватели снабжены пружинными меха-
низмами, регулируемыми винтами.
Наиболее популярные сварочные уст-
ройства типа «Пилад-220» имеют несколь-
ко модификаций, но общим у них является
конструкция излучателей, рефлекторов, ре-
гулировка расстояния между излучателями
и нагреваемой поверхностью, регулировка
напряжения на лампах, схема их включения,
конструкция радиаторов охлаждения реф-
лекторов.
Рис. 172
250

Устройства типа «Пилад» используют для непрерывной стыковой
сварки линолеума из пластифицированного ПВХ светом вручную и по-
луавтоматически, можно сваривать листы и из других легкоплавких
термопластов.
Техническая характеристика устройства типа «Пилад» приведена
в табл. 27.
Таблица 27
Параметр	«Пилад-220»
Источник излучения	Кварцевые лампы КИ 220-1000
Напряжение, В	220
Мощность, кВт	2
Температура спирали, °C	2200
Интенсивность излучения, Вт/см2	более 30
Скорость сварки, м/ч	40-60
Расход электроэнергии, Вт-ч	0,072
Для непрерывной сварки термопластичных пленок толщиной
2 мм ИК-излучением разработаны универсальные сварочные машины
МСП-5М и СПК-М со сменными рабочими головками (в зависимости
от применяемого способа сварки). В качестве ИК-излучателя на СПК-М
использован селитовый стержень.
Схема сварочной головки машин МСП-5М и СПК-М представлена
на рис. 173.
3
Рис. 173
251

Под сварочную головку непрерывно подается собранная внахлест-
ку пленка /, 2. Кромки нахлестки прижимаются к подложке 4 двумя
стальными замкнутыми лентами 3, которые непрерывно захватывают
поступающую под головку пленку и перемещают ее без проскальзыва-
ния с помощью вращающихся роликов. Подложка 4 представляет со-
бой непрерывное полотнище из прорезиненной ткани или армиро-
ванной волокном микропористой резины, натянутое на ролики опорного
стола и перемещающееся со скоростью сварки. Благодаря этому про-
исходит подача пленки под сварочную головку. Упругая подложка
обеспечивает поджатие, необходимое для сварки пленки, приведенной
в текучее состояние в зоне контакта. Между прижимными роликами 7
подвешен источник 5 ИК-излучения длиной 200-250 мм с отражаю-
щим рефлектором 6.
Рефлектор 6 непрерывно охлаждается проточной водой. За излуча-
телем (по ходу сварки) расположена многосопловая или щелевая го-
ловка, через которую на только что сваренный шов подается струя хо-
лодного воздуха.
Сварка в поле токов высокой частоты основана на генерации теп-
лоты в соединяемых пластмассовых изделиях. Схематично процесс
сварки можно описать следующим образом.
Свариваемое изделие помещают между пластинами конденсато-
ра, включенного в колебательный контур генератора электрических
колебаний (рис. 174). Свариваемый материал 2 закладывается между
электродами 1 и 4 (пластины конденсатора) и за счет электрических
Рис. 174
колебаний образуется зона 3 нагрева, про-
исходит спаивание.
Основным условием для нагрева пла-
стической массы в высокочастотном элек-
трическом поле является наличие в его
молекулах звеньев, имеющих дипольное
строение и способных поляризоваться под
действием внешнего поля. Поляризация
молекул в поле токов частоты происходит
вслед за изменением направления элект-
рического поля и с той же частотой, но с
некоторым запаздыванием. Это запазды-
вание свидетельствует о преодолении сил,
252

препятствующих смещению зарядов и ориентации диполей, на что тре-
буются затраты энергии.
Эта энергия затем преобразуется в тепловую, причем тепловыде-
ление происходит во всем объеме материала, подвергающегося воз-
действию поля токов высокой частоты. При этом интенсивность теп-
лообразования зависит как от характеристик внешнего поле, так и от
свойств самого материала и силы тока. В силу этого различные пласт-
массы под влиянием токов высокой частоты нагреваются неодинаково
интенсивно. Чтобы иметь возможность как-то характеризовать способ-
ность пластмасс нагреваться в переменном электрическом поле, вво-
дят величину, называемую фактором диэлектрических потерь. Значе-
ние этого фактора является лучшим критерием при определении
поведения материала в условиях высокочастотной сварки и равна про-
изведению диэлектрической проницаемости на тангенс угла диэлект-
рических потерь: К = Etg5.
Сварке токами высокой частоты подвергаются только те пластмас-
сы, фактор диэлектрических потерь которых не меньше сотых долей
единицы. К ним относятся такие термопласты, как поливинилхлорид,
поливинилацетат, полиамиды, эфиры целлюлозы, полиакрилаты, по-
лиметилметакрилаты, полиацетали, полиуретаны и отвержденные тер-
мореактивные материалы.
Очень низок фактор потерь у полиэтилена, полистирола, политет-
рафторэтилена, полиизобутилена и полиэтилентерефталата, являющих-
ся хорошими высокочастотными диэлектриками. Высокочастотная свар-
ка таких материалов без использования вспомогательных средств
практически невозможна. Для сварки термопластов с низким факто-
ром диэлектрических потерь может быть применен высокочастотный
нагрев только в том случае, если изделие перед сваркой подогреть, на-
пример, в термошкафу или контактным нагревателем. Таким образом
можно повысить фактор диэлектрических потерь.
Расходуемая на поляризацию молекул полимера при сварке энер-
гия определяет весь ход процесса. Как мы уже отмечали, процесс теп-
лообразования в электрическом поле высокой частоты характеризует-
ся параметрами электрического поля и диэлектрическими свойствами
полимерного материала и совсем не зависит от размеров изделия и теп-
лопроводности материала. Теплопроводность определяет потери теп-
лоты в околошовную зону материала. Таким образом, высокочастот-
ная сварка принципиально отличается от других видов сварки, зависящих
253

от теплопроводности материала. Нагрев
места сварки происходит очень быстро
и относительно равномерно по всей тол-
щине изделия. Однако следует иметь в
виду, что некоторое количество тепло-
ты передается металлическим электро-
дам, поэтому максимальная температу-
ра достигается на соединенных
поверхностях. В таком распределении
температуры по толщине свариваемых
материалов и заключается одно из ос-
новных преимуществ высокочастотной сварки.
Выбор того или иного способа сварки термопластов токами высо-
кой частоты в основном зависит от конструктивных особенностей из-
делий. При высокочастотной сварке можно не применять присадоч-
ный материал.
На практике обычно разделяют три способа сварки пластмасс то-
ками высокой частоты: прессовый, роликовый и точечный.
Прессовая сварка изделий производится в прессе, контактные плиты
которого являются одновременно электродами, и они (плиты) подклю-
чены к высокочастотному генератору (рис. 175).
Свариваемый материал / закладывается между обкладками рабо-
чего конденсатора 4 и 5, на одну из которых крепится рабочий инстру-
мент 3. От генератора токов высокой частоты 2 на обкладки рабочего
конденсатора подаются электромагнитные колебания, и происходит
сваривание по шву 6.
С помощью электродов энергия подводится к месту сварки. Кроме
того, электроды являются элементами, передающими на материал не-
обходимое давление и охлаждающими поверхности деталей после свар-
ки. В зависимости от конструкции сварочной машины подвижным
может быть как верхний, так и нижний электрод. При этом способе
сварки можно нагревать либо весь шов сразу, либо последовательно
отдельные его участки. Тогда в первом случае электроды рабочего кон-
денсатора должны полностью повторять конфигурацию шва, чтобы
сваривать его полностью за один прием. Во втором случае электроды
за один прием сваривают лишь один какой-то участок шва, и чтобы
сварить протяженные швы, пользуются так называемым шаговым ме-
тодом (сварка проводится с перемещением свариваемых деталей).
254

Большим преимуществом прессовой сварки по сравнению с други-
ми способами сварки токами высокой частоты является то, что сварива-
емый материал в месте соединения нагревается одновременно и равно-
мерно по всей длине шва. Это обстоятельство дает возможность
поддерживать постоянную температуру нагрева пластмассы и обеспе-
чивает также стабильное качество сварных швов. При длительной об-
работке электроды необходимо охлаждать.
Кроме того, способ прессовой сварки позволяет осуществить клей-
мение изделий, а также их декоративную отделку.
Прессовая сварка термопластов токами высокой частоты требует-
ся в тех конструкциях и изделиях, где прочность сварных швов должна
быть равна или выше прочности основного материала.
Роликовая сварка, также как и прессовая, шаговая, применяется
для получения протяженных непрерывных швов. В отличие от прес-
совой, при роликовой сварки соединение изделий производится дву-
мя вращающимися электродами, выполненными в виде дисков, из ко-
торых нижний, ведущий, изолирован от корпуса сварочной машины,
а верхний, ведомый, заземлен. Обычно рабочая ширина нижнего элек-
трода берется в 5-10 раз больше верхнего, что обеспечивает лучшую
подачу свариваемых изделий. Сварка пластических масс происхо-
дит по линии, расположенной непосредственно под электродами
(рис. 176).
Свариваемый материал / непрерывно подается в зазор между роли-
ками 2 (высокопотенциальный) и 3 (заземленный). Генератор токов вы-
сокой частоты 4 подает электромагнитные колебания на ролики 3 и 4.
Происходит сварка по шву 5. Элект-
рическая емкость между свариваемы-
ми роликами очень мала, что услож-
няет работу генератора. Поэтому,
чтобы добиться интенсивного теп-
ловыделения, приходится повышать
напряжение и применять ток до-
вольно высокой частоты. В таком
случае для повышения скорости
сварки тонких пленок при напряже-
нии весьма далеком от пробивного
ролики-электроды должны быть до-
статочно большого диаметра. В свя-
255

зи с этим непрерывную сварку применяют л ишь для соединения тонких
пленок термопластов толщиной 100-200 мкм.
Точечная сварка, применяемая для прихватки деталей перед ро-
ликовой сваркой, производится на шовных сварочных машинах. То-
чечная сварка, как прессовая и роликовая, выполняется швами внах-
лестку. Поэтому прочность сварных точек превышает прочность
материала изделия.
Для нагрева диэлектрических материалов в электрическом поле
высокой частоты используют ламповые автогенераторы с частотой тока
от нескольких десятков до нескольких тысяч мегагерц. Технические
характеристики ламповых генераторов для питания высокочастотных
сварочных установок приведены в табл. 28
Таблица 28
Параметры	ВЧГ 1-1,6/27	ВЧГ 4-4/27	ВЧГ 2-10/27	ВЧГ 2-25/27
Мощность, потребляемая от сети, кВт	3,6	7,0	20	38
Мощность коле- бательная, кВт	1,6 ± 0,16	4 ±0,4	10± 1,0	25 ±2,5
Напряжение (анодное), кВ	5,0	6,0	7,5	7,5
Тип генератор ной лампы	ГУ-58Б	ГУ-58Б	ГУ-10А	ГК-12А
Габаритные размеры генера- тора, мм	600х750х х1350	600x1ОООх Х1550	1100x1 ЮОх х2000	1200х1800х х2100
Масса генерато- ра, кг	320	550	920	1560
Ламповые генераторы, питающие высокочастотные сварочные ус-
тановки, изготовляют с номинальными колебательными мощностями,
предусмотренными ГОСТ 21139-82. Работают они исключительно на
частотах 27,12 МГц± 1%, чтобы не создавать помех.
При ультразвуковой сварке электрические колебания, выраба-
тываемые генератором, преобразуются в механические с помощью
электроакустического преобразователя. Амплитуда смещения пос-
леднего невелика (3-5 мкм). Для увеличения амплитуды к преоб-
256

Рис. 177
разователю присоединяют трансформа-
тор упругих колебаний,а к нему - вол-
новод.
Трансформатор упругих колебаний слу-
жит, кроме того, для согласования электри-
ческих параметров схемы установки, а вол-
новод - для введения ультразвуковых
колебаний в свариваемое изделие. Для со-
здания плотного контакта между доведен-
ными до температуры вязкотекучего состо-
яния поверхностями соединяемые детали
сдавливаются с определенным усилием
между концом волновода и опорой. Меха-
нические колебания и давление в этом слу-
чае действуют по одной линии перпендикулярно к свариваемым поверх-
ностям (рис. 177).
Свариваемые материалы 2 укладывают на опору 3, и к материалу
подводится волновод /.
Процесс образования соединения пластмасс при ультразвуковой
сварке условно можно разделить на две стадии. На первой стадии про-
исходит нагрев соединяемых материалов. Температура в месте выпол-
нения сварки должна быть ниже температуры, при которой происхо-
дит разложение (деструкция) полимера, и выше минимальной
температуры, при которой в данных условиях можно выполнить на-
дежное сварное соединение.
На второй стадии между нагретыми до температуры вязкотекучего
состояния контактирующими поверхностями возникают связи, обус-
ловливающие получение неразъемного соединения.
Образование сварного соединения может протекать различно
в зависимости от физико-механических свойств материала и ре-
жима сварки. Ориентировочной оценкой этого процесса может
служить характеристика интенсивности поглощения пластмасса-
ми ультразвуковых колебаний и температура их плавления. Об этом
можно судить по коэффициенту Р затухания колебаний, характе-
ризующему интенсивность поглощения энергии механических уль-
тразвуковых колебаний в среде в зависимости от физико-механи-
ческих свойств среды:
17 Ревяко М М., Касперович О М.
25

где f- частота колебаний, с-1;
с - плотность среды, кг/м3;
£ - модуль упругости, Па;
Г| - коэффициент внутреннего трения.
Чем больше коэффициент [3, тем меньше энергии будет подводить-
ся к границе раздела свариваемых деталей, тем меньшую толщину дол-
жны иметь детали для получения надежных соединений.
В зависимости от значения коэффициента пластмассы делят на три
группы:
1.	Пластмассы с незначительным коэффициентом затухания (р <
< 0,35 см '), такие, как полистирол различных марок, сополимеры СНП
и СН-28, полиметилметакрилат и др. Они обладают высоким модулем
упругости [£ = 3 ГПа (3-104 кгс/см2)] и могут быть отнесены к жестким
пластмассам. Пластмассы этой группы хорошо свариваются.
2.	Пластмассы с коэффициентом затухания 0,35 < Р < 0,55 см-1.
К ним относятся полипропилен, жесткий поливинилхлорид (винипласт),
полиэтилентерефталат, аминопласты, поликарбонаты и т. д. Упругие
свойства у них хуже, чем у пластмасс первой группы [2 < £ < 3 ГПа
(2-104 кгс/см2)]. Эти пластмассы могут быть отнесены к полужестким
материалам. Толщина свариваемых пластмасс уменьшается до 10 мм,
а продолжительность сварки увеличивается.
3.	Пластмассы с коэффициентом р > 0,55 см-1. К ним относятся
поликапроамид (капрон), полиэтилен высокой и низкой плотности,
фторопласт и т. п. Их модуль упругости £<1,5 ГПа (1,5-104 кгс/см2), и
они относятся к мягким пластмассам. Вследствие значительного по-
глощения механической энергии в объеме пластмассы максимальная
свариваемая толщина равна лишь 1-2 мм. Получение соединений их
пластмасс данной группы весьма сложно, а прочность таких соедине-
ний оказывается незначительной из-за большого вдавливания волно-
вода в изделие при сварке.
Ультразвуковая сварка, полностью сохраняя физическую при-
роду процесса, реализуется в различных конструктивно-техноло-
гических вариантах. В основу такой классификации можно поло-
жить характер распределения вводимой механической энергии
относительно свариваемых поверхностей, степень непрерывности

Рис. 178
и механизированности процесса, а так-
же способ дозирования механической
энергии.
Ультразвуковые сварочные машины
обычно содержат: ультразвуковой генера-
тор 1 и управление им 2, сварочный узел
4 и механизм перемещения подвижных
элементов 3, опору 6, свариваемые изде-
лия / и 5, а также станину, где монтиру-
ются все элементы (рис. 178).
Для питания ультразвуковых свароч-
ных установок используют ламповые ге-
нераторы типаУЗГ или УЗМ, различающиеся номинальными значени-
ями выходных мощностей от 0,1 до 10 кВт, рабочая частота 15-30 кГц.
Для сварки пластмасс наиболее приемлемы генераторы с номиналь-
ной выходной мощностью от 0,1 до 2,5 кВт.
Сварочный узел состоит из преобразователя энергии (магнито-
стрикционный или пьезоэлектрический), волновода - инструмента,
через рабочий торец которого ультразвук передается в свариваемое
изделие, и трансформатора упругих колебаний, являющегося акусти-
ческим элементом волновода и преобразователя.
Механизм перемещения подвижных частей элементов предназна-
чен для создания необходимого акустического контакта между рабо-
чим торцом волновода, изделием и опорой, а также между частями сва-
риваемого изделия.
Опора служит для фиксации изделия при сварке. Она может также
использоваться для подогрева или охлаждения изделия. Поскольку' опо-
ра (пассивная или активная) участвует в распределении энергии среди
элементов колебательной системы, ее можно использовать для получе-
ния информации о ходе процесса сварки. В этом случае опора выпол-
няется в виде датчика. Иногда опора выполняет дополнительную фун-
кцию, являясь элементом механизма давления.
Станина ультразвуковых сварочных машин используется прежде
всего для размещения трех основных элементов: сварочной головки,
опоры и механизма давления.
Иногда на станине устанавливают различные подающие и прием-
ные устройства, часто на станине монтируют источник энергии - ульт-
развуковой генератор.
259

Конструкция станины определяется кинематической схемой меха-
низма давления и технологической схемой сварки, режимами сварки и
другими многочисленными факторами. Поэтому если при конструиро-
вании первых трех основных элементов сварочных машин имеется
некоторое единообразие, то конструкции станин сварочных машин край-
не разнообразны.
Современные ультразвуковые сварочные машины можно класси-
фицировать по следующим признакам:
1.	По видам свариваемых соединений: для точечной, многоточеч-
ной, контурно-рельефной, шовной и шовно-шаговой сварки; машины
первых типов позволяют осуществить прессовую контактную или пе-
редаточную ультразвуковую сварку; машины последних двух типов
служат для получения непрерывных протяженных прямолинейных или
криволинейных швов;
2.	По степени автоматизации: на автоматы, полуавтоматы и ма-
шины с тучным управлением основными и вспомогательными опе-
рациями;
3.	По назначению: универсальные общего назначения, позволяю-
щие производить сварку широкой номенклатуры изделий, и специали-
зированные;
4.	По характеру установки: стационарные (как правило, машины
для прессовой и шовной ультразвуковой сварки) и переносные (напри-
мер, ручные пистолеты небольшой мощности);
5.	По характеру взаимного перемещения свариваемого материа-
ла и волновода: машины с подвижным и неподвижным акустическим
узлом;
6.	По способу создания статического давления: машины, в кото-
рых давление осуществляется непосредственно и через опору;
7.	По числу рабочих позиций: на одно-, двух- и многопозицион-
ные; первые машины имеют одну рабочую позицию, на которой может
осуществляться односторонняя или двусторонняя сварка; в многопо-
зиционных машинах сварка изделий может производиться одновремен-
но или поочередно с помощью нескольких акустических головок от
одного или нескольких сварочных генераторов.
Стационарная полуавтоматическая машина модели УПШ-12 пред-
назначена для шовной сварки синтетических тканей из лавсанового,
полипропиленового и капронового волокон толщиной 100-1000 мкм
(рис. 179).
260

Рис. 179
Особенность машины УПШ-12 состоит в том, что для повышения
прочности сварного соединения за волноводом 3 установлен прокаты-
вающий ролик 7, укрепленный на кронштейне станины 5. Вследствие
того, что ткани имеют большую теплоемкость и малый коэффициент
теплоотдачи, сварной шов подходит к ролику еще не остывшим, поэто-
му прокатка происходит при повышенной температуре. В результате
прокатки прочность сварного соединения повышается на 4-5% по срав-
нению с прочностью сварного шва, полученного без прокатки. Пре-
дусмотрена регулировка положения прокатывающего ролика в зависи-
мости от толщины свариваемой ткани, что позволяет при сварке
прокатывать ткань с различной силой прижима. Установочный винт 9
служит для регулировки зазора между торцом волновода и опорой
до 5 мм.
Установка УПШ-12 комплектуется никелевым преобразователем
мощностью 0,4 кВт с частотой 22 кГц, работающим от ультразвуко-
вого генератора УЗГЗ-0,4. При использовании генератора малой
мощности, равной 20 Вт, в машине может быть использован фер-
ритовый преобразователь с воздушным охлаждением. Скорость пе-
ремещения ткани 0-0,07 м/с, статическое усилие прижима от 0-
300 Н.
Преобразователь 1 находится в огражденном корпусе б, и через
трансформатор упругих колебаний 2 последние передаются на волно-
17* Ревяко М.М., Касперович О.М.
261

вод 3. Свариваемый материал, который ложится на рабочий стол 5 под-
держивает ролик-опора 4.
Полуавтоматическая стационарная машина УПШ-19 предназначе-
на для шовной сварки дублированных пленочных материалов типа по-
лиэтилен - целлофан ПЦ-2 и полиэтилен - лавсан толщиной 70-90 мкм.
В машине использована схема автостабилизации толщины сварного
шва. Сварка пленок производится по загрязненным поверхностям.
Машина позволяет сваривать швы любой протяженности; мощность
электродвигателя 0,15 кВт.
Машину УПШ-19 применяют для изготовления рукавов и пак-
тов при упаковке пищевых продуктов (рис. 180). На станине 1 сва-
рочной машины размещены узел 2 и протягивающие ролики 4, свя-
занные посредством цепной передачи с электродвигателем 7.
Свариваемая пленка, перемещаясь между роликом-опорой 5 и вол-
новодом 3, поджимается к последнему пружиной 6. Сваренная пленка
наматывается на приемный барабан или поступает для дальнейшей
обработки на рабочий стол. Сварочное усилие регулируется пружи-
ной 6. Сварка с роликом при постоянном давлении позволяет вы-
держивать стабильную толщину сварного шва при колебаниях ис-
ходной толщины материала до 25%, скорости сварки до 15% и
амплитуды смещения волновода до 10%. Мощность преобразовате-
ля 1,5 кВт, частота 22 кГц, материал пермендюр, охлаждение водя-
ное, статическое усилие прижима 0-400 Н, скорость сварки 0,13—
0,16 м/с. Генератор УЗГ5-1,6/22.
Рис. 180
262

Основные характеристики ультразвуковых сварочных установок
представлены в табл. 29.
Таблица 29
Параметры	Тип установки			
	УПШ-12		УПШ-19	РУСУ-50
Толщина свариваемо- го материала, мм	0,2-1,0	0,2-0,6	0,06-0,1	0,01-0,04
Максимальное усилие прижима, Н (кгс)	300 (30)	100(10)	300 (30)	6,5 (0,65)
Скорость сварки, м/ч	100-150	15-40	100-600	90
Материал преобразо- вателя	Никель	Феррит	Пермендюр	Феррит
Мощность преобразо- вателя, Вт	400	20	900	15-20
Частота резонансная колебаний преобразо- вателя, кГ ц	22	28,7	19,5	50
Расход воды на охла- ждение, л/мин	2	-	2	-
Габариты, мм:				
длина	500	500	800	260
ширина	800	800	500	100
высота	480	480	1350	180
Масса, кг	32	30	300	4,65
Специализированная стационарная сварочная машина УПК-15М1
предназначена для сварки емкостей из полиэтилена. Сварочная опера-
ция по всему корпусу изделия производится за одно движение волно-
вода. Применение контурного волновода диаметром 110 мм позволило
производить надежную герметизацию изделия за 2-6 с при толщине
изделия 0,4-1,5 мм. Машина предназначена для выпуска крупных се-
рий продукции при работе в неблагоприятных условиях (попадание на
установку воды и агрессивных сред). Машина многопозиционная, имеет
один вертикально перемещающийся сварочный узел и поворотный стол
с шестью гнездами-опорами.
Работа машины УПК-15М1 происходит следующим образом
(рис. 181). Коробки из полимера, наполненные пищевым продуктом
и закрытые крышками, укладывают в стаканы 7 поворотного сто-
263

ла 8. При повороте стола на 60° тол-
катель 2 сходит с выступа кулачка /,
в результате чего опускается кронш-
тейн 3 со сварочным узлом 5, кото-
рый с определенной силой (регули-
руемой подвижной пружиной 4
зажимает коробку между волново-
дом 6 и стаканом.
В момент зажатия коробки вклю-
чается ультразвук и производится свар-
ка изделия. Поворот стола осуществля-
ется с помощью мальтийского креста.
Во время сварки, когда стол неподви-
жен, кулачок продолжает вращаться;
при подходе выступа к толкателю пос-
ледний поднимает сварочный узел, стол
поворачивается в следующую позицию,
а сваренная коробка снимается с маши-
ны толкателем 9.
Регулировка положения сварочного узла 5 выполняется шестью вин-
тами, расположенными в кронштейне под преобразователем. С помо-
щью этих винтов удается обеспечить точную и быструю регулировку
параллельности поверхности контурного волновода и поверхности
опорных стаканов.
С целью стабилизации механических свойств сварного шва выб-
ран способ отключения ультразвукового импульса по заданной дефор-
мации или по остаточной толщине сварного шва. Мощность преобра-
зователя 2,5 кВт, частота 19,6 кГц, материал пермендюр, статическое
усилие прижима 10-700 Н, производительность до 7800 изделий в сме-
ну. Генератор УЗГЗ-4.
При сварке пластмасс трением теплота, выделяющаяся при пре-
вращении механической энергии трения одной поверхности относи-
тельно другой под давлением, нагревает материал свариваемых дета-
лей, причем до такой температуры, при которой происходит свободное
перемещение макромолекул в объеме контактирующих поверхностей
и возникают структуры, характерные для целого материала, т. е. проис-
ходит сваривание. Следует при этом иметь в виду, что одновременно
при трении может происходить и явление механодеструкции.
264

Поскольку термопласты являются плохими проводниками теплоты
из-за своей низкой теплопроводности, требуемая температура сварки
достигается очень быстро.
Качество получаемых сварных соединений и особенно производи-
тельность процесса сварки трением в значительной мере зависят от
скорости относительного движения поверхностей трения, осевого уси-
лия и степени пластической деформации.
Сварка трением имеет ряд преимуществ:
-	не влияет благодаря концентрированному разогреву на свойства
околошовной зоны, поэтому сварные соединения обладают хорошими
механическими свойствами;
-	обеспечивает высокий КПД процесса (это объясняется тем, что во
время сварки трением выделение теплоты локализуется на поверхнос-
тях свариваемых деталей, а во всех других процессах сварки большое
количество теплоты теряется при подведении ее к свариваемой детали, а
также в результате нагрева большего объема материала, чем это необхо-
димо именно для сварки);
-	повышает производительность и дает возможность автоматиза-
ции процесса; может проходить в тюлевых условиях вдали от источни-
ков энергоснабжения.
К тому же в процессе интенсивного сдвига под давлением при тре-
нии свариваемых поверхностей относительно друг друга снимаются
окисная пленка и возможные инородные включения, вытесняются воз-
душные пузырьки и разогреваемые поверхности термопластов пре-
дохраняются от термоокислительной деструкции.
В зависимости от условий нагрева свариваемых поверхностей свар-
ку трением можно производить по следующим основным схемам:
1)	вращением свариваемых деталей или промежуточного элемен-
та - сварка вращением;
2)	вибрацией свариваемых деталей или промежуточного элемента -
сварка вибротрением;
3)	вращательно-вибрационным движением свариваемых деталей
или промежуточного элемента.
Количество теплоты, выделяемой между трущимися поверхно-
стями, определяется мощностью трения. Интенсивность тепловы-
деления на поверхности трущихся деталей зависит от относитель-
ной скорости их вращения, контактного давления и коэффициента
трения.
265

Обычно сварку трением используют для соединения тел вращения
(труб, цилиндров и т. п.). В связи с тем, что при сварке трением детали
могут сдавливаться, деформироваться, этот способ применим только
для соединения деталей из жестких термопластов.
При сварке вращением одна деталь закрепляется, а вторая, которая
контактирует с неподвижно закрепленной деталью, вращается. На со-
пряженных торцовых поверхностях возникают силы трения, вызыва-
ющие интенсивный нагрев. После достижения необходимой темпера-
туры давление увеличивают для того, чтобы выдавить пузырьки воздуха
между деталями и равномерно распределить расплав между сваривае-
мыми поверхностями. Затем мгновенно останавливают вращающуюся
деталь и охлаждают изделие под давлением. Таким способом соединя-
ют между собой стержни, трубы и другие детали сравнительно неболь-
шой длины или присоединяют цилиндрические детали к плоским и
фасонным.
Трение в свариваемых поверхностях создается также враще-
нием обеих деталей, но во взаимно противоположные стороны;
такой способ целесообразно применять, когда необходимы высо-
кие относительные скорости вращения при соединении деталей с
малым диаметром. Однако практического применения этот способ
не нашел.
Длинные и громоздкие детали, вращение и торможение которых
затруднено, можно сваривать при помощи третьей, промежуточной
летали - вставки. Для этого детали закрепляют неподвижно, а вставку
вращают вокруг общей оси свариваемых деталей.
Рис. 182
266

Из этих способов наибольшее распространение получила сварка
вращением одного изделия относительно другого, закрепленного не-
подвижно.
Сварка вибротрением осуществляется в результате нагревания де-
талей вследствие колебания одной детали относительно другой при их
плотном контакте. Свариваемым деталям, прижатым одна к другой уси-
лием Р, сообщается возвратно-поступательное движение, приводящее
к разогреву соприкасаемых поверхностей и их соединению после пре-
кращения вибрации (рис. 182, а).
При частоте колебаний 50 Гц и амплитуде 1,5 мм продолжитель-
ность сварки термопластов практически не зависит от толщины и раз-
меров свариваемых деталей и не превышает 10 с. Удельное давление
для разных материалов лежит в пределах 2-15 МПа (20-150 кгс/см2).
Такой широкий диапазон давлений объясняется различными свойства-
ми пластмасс.
При наличии заготовок большой длины или деталей замкнутого
контура можно применять сварку трением деталей с помощью вибри-
рующей вставки (рис 182, б).
Такой способ сварки нашел широкое применение для соединения
деталей, не имеющих формы тел вращения, однако он пригоден лишь
в случае, когда масса вибрирующей детали мала. Кроме того, при этом
способе трудно обеспечить большую точность относительного распо-
ложения деталей, так как может получаться смещение осей деталей в
пределах амплитуды колебаний.
Сварка пластмасс вращением осуществляется на различных универ-
сальных металлообрабатывающих станках - токарных, сверлильных,
фрезерных, или на специальных сварочных машинах. Сравнительная
простота и доступность оборудования - одно из важных преимуществ
этого способа.
Установки для сварки вращением имеют следующие основные
части:
1)	механизм для создания осевого давления;
2)	зажимные механизмы;
3)	систему, воспринимающую осевые усилия;
4)	аппаратуру управления.
Отечественной промышленностью освоен выпуск специального
оборудования для сварки деталей вращением. Наиболее распростране-
ны два типа сварочных машин МСТ-1 и МСТ-2. На этих машинах де-
267

тали сваривают в течение 5-12 с. Номинальная производительность ма-
шин - 75 шт/ч.
Основные характеристики машин для сварки пластмасс трением
приведены в табл. 30.
Таблица 30
Параметры	МСТ-1	МСТ-2
Диаметр свариваемых деталей, мм	10-25	До 165
Продолжительность сварки, с	5-12	5-12
Производительность машины, шт/ч	150	75
Давление воздуха в питающей сети, МПа (кгс/см2)	0,5 (5)	0,5 (5)
Номинальная мощность, кВт	10	10
Частота вращения шпинделя, об/мин	1430	1430
Масса, кг	850	900
Примечание. Тип привода вращения - асинхронный двигатель; привод давле-
ния - пневматический; регулирование осевого усилия - плавное; тип зажимов сварива-
емых деталей в машине МСТ-1 - цанговый, МСТ-2 - патронный.
При сварке и сжатии свариваемых поверхностей в месте соедине-
ния наблюдается утолщение и грат, что иногда нежелательно. Для уда-
ления грата применяют специальные приспособления.
Разработаны также сварочные установки на базе сверлильного станка.
Установка для сварки вибротрением включает высокоскоростной
электродвигатель (а? = 24000 об/мин), на вал которого насажен эксцен-
трик. Последний приводит в движение с очень малой амплитудой ко-
лебания (около 1 мкм) металлическую пластину, прижатую к сваривае-
мым листам. Эта пластина снабжена мелкими зубьями, с помощью
которых она зацепляет и приводит в колебательное движение с часто-
той 400 Гц один из листов.
Рис. 183
268

Соединения, сваренные при оптимальных режимах, имеют высо-
кую прочность, близкую к прочности материала. Относительная проч-
ность соединений полиэтилена и поливинилхлорида достигает 90-
100%, полиметилметакрилата 85-95%, полиамидов 60-70%.
На качество шва влияет правильный выбор вида соединений и
правильная разделка свариваемых кромок. В случае стыковой сварки
пластмассовых труб разделка может быть шипом в паз (рис 183, а),
уступом (рис 183, б), на ус (рис 183, в), V-образная (рис 183, г).
3.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТДЕЛКИ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ ПЛАСТМАСС
Улучшение внешнего вида пластмассовых изделий связано в ос-
новном с нанесением декоративного покрытия на их поверхность. Проч-
ность и стойкость покрытия определяются преимущественно адгези-
онной способностью, т. е. силой сцепления покрытия с поверхностью
изделия. Существует большое количество методов улучшения внешне-
го вида:
-	окрашивание полимерных материалов;
-	окрашивание поверхности изделий;
-	печатание;
- тиснение;
-аппликация;
-декалькомания;
- металлизация.
Основными методами окраитвания полныеров является: введение
сухих пигментов в реактор в процессе синтеза; окрашивание распла-
вов непосредственно на выходе из реактора; окрашивание расплавов
при переработке в изделия; окрашивание гранулированными концент-
раторами пигментов; окрашивание пастообразными концентратами;
сухое окрашивание опудриванием.
На заводах по переработке пластмасс применяется способ окраши-
вания гранулированными концентратами. Концентраты, предваритель-
но перемешанные в гранулированном виде с основной массой термо-
пласта, подаются в материальный цилиндр формующего оборудования,
где под воздействием вращающегося червяка происходит интенсивное
269

перемешивание окрашенного концентрата с основной массой и гомоге-
низация расплава.
Окрашивание поверхностей изделий - это процесс нанесения раз-
личных красочных или бесцветных покрытий с целью декорирования,
предохранения от повреждений поверхности изделия.
Печатанье позволяет эффективно декорировать пластмассовые
изделия, а также наносить всевозможную информацию на изделия.
Существующая классификация способов печати основана на условном
принципе их деления по пространственному соотношению печатаю-
щих и пробельных элементов печатных форм (рис. 184). Согласно этой
классификации подразделяют способы:
-	высокой (рис. 184, а);
-	плоской (рис. 184, б);
-	глубокой (рис. 184, в);
-	трафаретной печати (рис. 184, г);
Рис. 184
г
На печатную форму / наносится краска 2, в ходе печатания полу-
чаем оттиск 3 на подложке 4. При трафаретной печати краска придав-
ливается в элементы трафарета ракелем 5 (рис. 184, г).
Полиграфическое оформление изделий из пластмасс первоначаль-
но осуществлялось на печатных машинах различной конструкции,
обычно используемых для запечатывания рулонных и листовых мате-
риалов (бумаги, жести) или соответственно объемных изделий. В даль-
нейшем вносились конструктивные изменения, учитывающие особен-
ности полимерных материалов, что способствовало созданию более
узкоспециализированного и соответственно более совершенного обо-
рудования.
Принципиальная схема флексографической печатной системы пред-
ставлена на рис. 185.
Печатная краска из ванны / захватывается вращающимся дуктор-
ным валиком 2 и передается накатному валику 3, который, соприкаса-
ясь с вращающимся формным цилиндром 5, наносит ее на поверхность
270

Рис. 185
расположенных на нем печат-
ных форм 4. При этом краска воспри-
нимается печатными элементами, ко-
торые оставляют след (печатный от-
тиск) на поверхности соприкасаю-
щегося с ними ленточного поло-
тна 6, которое поджимается с тыль-
ной стороны печатным цилинд-
ром 7.
Тиснение - это способ нанесе-
ния текста, рисунка и т. д. на по-
верхность изделия из различных материалов путем переноса от-
тиска с металлизированного или пигментированного слоя
специальной пленки под давлением горячего штампа. Этот метод
не требует применения растворов красок, приготовления и нане-
сения, а также последующей сушки. Оттиск фольги, полученный
методом горячего тиснения, отличается хорошей четкостью рисун-
ка, высокой стойкостью к истиранию и к воздействию многих ра-
створителей. Этот метод обладает неограниченной возможностью
для маркировки и декоративно-художественного оформления из-
делий из пластмасс.
В зависимости от плоской или рельефной фактуры поверхностей
штампа и изделия различают три вида оттиска: глубокий, плоский,
рельефный.
При глубоком оттиске красочно запечатываются углубленные мес-
та рисунка, образуемые в процессе тиснения в результате вдавливания
рельефной поверхности (выступающих знаков) металлического штам-
па (клише) в гладкую поверхность изделия.
Плоский оттиск получается при тиснении гладкой эластичной по-
верхностью резинового штампа по гладкой поверхности изделия.
Рельефный оттиск образуется в результате контакта гладкой повер-
хности эластичной пластины с рельефной поверхностью (выпуклыми
элементами) изделия.
Горячее тиснение фольгой выполняется на предназначенных для
этой цели прессах при соответственно подобранных режимах: темпе-
ратуре, времени выдержки и давления пуансона. Тиснение проводится
рабочим инструментом - жестким или эластичным штампом, который
подбирается по условиям и характеру тиснения.
271

Г аблица 3 1
Основные схемы тиснения*			Условия получения оттиска			
Исходная позиция	Позиция после оттиска	Вид оттиска	Фактура		Материал штампа	Характеристика элемента, передающего давление
			изделия (субстрата)	штампа		
		Глубокий	Плоская	Рельефная	Металл	Жесткий
яму;		Плоский	Плоская	Плоская	Резина	Эластичный
mwz;		Рельефный	Рельефная	Плоская	Резина	Эластичный
*Обозначения на схемах: 1 - штамп; 2 - фольга; 3 - изделие.

Жесткий штамп применяется для глубокого оттиска, эластичны
для плоского и рельефного.
Варианты сочетания фактур штампа и субстрата при различи
видах оттиска представлены в табл. 31.
Для запечатывания изделий методом горячего тиснения применяю
различной конструкции ручные, электромеханические и пневматичес:
прессы. Последние более универсальные: позволяют регулировать тем
ратуру, давление и выдержку при тиснении, а также менее чувства i е.ir
к отклонениям по толщине запечатываемого изделия. Недостаток пнсз
тических прессов-сравнительно малые давления и колебания величн
хода штока (что влияет на уменьшение срока службы штампа).
Механические прессы отличаются высокой производительное т i
Развивая более высокое давление, они способствуют получению ч
кого оттиска также и на жестких материалах. Однако для устран л
влияния разнотолщинности запечатываемого изделия приходится н
бегать к сложным конструкциям кондукторов, применяемых для ф
сации изделия в процессе тиснения.
В последнее время для успешной имитации пластмасс пол лср<
и кожу (например, в изделиях звуковой техники), для тиснения с -ю-
щью эластичных штампов и особенно для перевода оттиска фс-лы и
изделия с большими поверхностями создано специальное вттт-
оборудование, обеспечивающее непрерывное тиснение посреди >
вращающегося горячего валика при последовательном продвиже;
запечатываемых изделий.
По размеру запечатываемого оттиска оборудование для горя-,
тиснения условно может быть разделено на пять групп:
Группа Рекомендуе- мые габариты оттиска*, мм	0 100x100	I 140x140	II	III	Г 250x250 330x330	
Максималь- ная площадь тиснения, см2	До 100	200	630	< В! 1000	• 0
Усилие прес- сования, Н	До 100	100	300	500
* В пределах каждой группы рекомендуемый размер описка по i нчи. а.. .
несколько изменен за счет его ширины, при сохранении той же плошато.
18 Ревяко М.М., Касперович О.М.

Пресс для горячего тиснения конструкции СКТБ (г. Москва) на товары
культбыта и хозобихода из пластмасс представлены на рис. 186.
Рис. 186
Рабочий цилиндр 1 служит для подъема и опускания верхней под-
вижной плиты 4, которая связана с поршнем 2 при помощи штока 3. На
верхней подвижной плите 4 закреплена головка пуансона 7 с нагрева-
тельными элементами 8 и юстировочной пластиной 9 с прикреплен-
ным к ней штампом (клише) 10. Переводная фольга 6, намотанная на
катушке 5, протягивается катушкой 27 и прижимным роликом 26. Вра-
щение катушки 27 осуществляется приводом пневмоцилиндра 28, ход
штока которого регулируется в соответствии с шагом подачи фольги 6.
Запечатываемое изделие 23 устанавливают в кондуктор 22, закреп-
ленный на поворотной плите 25, жестко соединенной с мальтийским
крестом 24. Поводок 21 мальтийского креста 24 жестко связан через
вал 20 с храповым механизмом, выполненным как единое целое с шес-
терней 18, приводимой в движение пневмоцилиндром 17. Установлен-
ная по центру пресса на опорном столе 19 скользящая опора // предот-
вращает возможный при тиснении перекос поворотной плиты 25.
Вертикальное перемещение опорного стола 19 осуществляется
винтом 16 посредством маховика 12 через коническую пару 13.
274

Верхняя подвижная плита 4 и нижний опорный стол 19 двигаются
по направляющим колоннам 75, смонтированным на станине 14.
Работает пресс следующим образом. Сжатый воздух из магистрали
через воздухораспределитель подается в поршневую полость (полость
холостого хода) цилиндра 28 и поршневую полость (полость рабочего
хода) цилиндра 1. При этом верхняя подвижная плита 4 с закрепленной
на ней головкой пуансона 7 и штампом 10 опускаются на изделие 23.
Рельефно выступающая поверхность горячего штампа 10 вдавливает
фольгу 6 в изделие на необходимую глубину. Продолжительность тисне-
ния определяется реле времени, после срабатывания которого сжатый
воздух поступает в штоковую полость (полость холостого хода) цилинд-
ра 7, возвращая верхнюю подвижную плиту 4 в исходное положение. В
конце ее подъема сжатый воздух через воздухораспределительный кла-
пан проходит в штоковую (рабочую) полость пневмоцилиндра 28 и фольга
протягивается на отрегулированный для данного изделия шаг. Одновре-
менно воздух поступает в поршневую полость (полость рабочего хода)
цилиндра 77, при этом поворотная плита 25 поворачивается на 90°, по-
давая очередное изделие в исходное положение для тиснения, а запеча-
танное изделие выводится из-под штампа 10 к месту его съема. С оста-
новкой поворотной плиты 25 срабатывает распределительный клапан,
направляющий воздух в штоковую полость (полость холостого хода)
цилиндра 77, возвращая его в исходное положение. Одновременно пода-
ется воздух к месту съема изделия, где оно струей сжатого воздуха сду-
вается с поворотной плиты 25.
Техническая характеристика пресса приведена в табл. 32.
Таблица 32
Параметры	Численное значение
Усилие тиснения (при давлении сжатого воздуха 0,6 МПа), Н	200
Максимальная площадь тиснения в свету (площадь следа оттиска), см2	10
Максимальные размеры штампа, мм	100x100
Температура нагрева штампа, °C	70-250
Мощность обогрева, Вт	300
Максимальная ширина фольги, мм	100
Максимальный шаг подачи фольги, мм	100
275

Окончание табл. 32
Параметры	Численное значение
.чдпмальные габариты запечатываемого	
мм:	250
днаметр	200
_3 Ь! сота		
-зли р у с м а я высота подъема стола, мм		200
. з. деления нониуса регулирования, мм		0,2
-1 к211 руемый ход верхней подвижной плиты, мм	5-30
р!. нзводительность, шт/ч		1200
ыариты. мм:	
высота	1410
иг щи на	725
точна	1000
: . кг	300
Уупикация - это способ художественного декорирования продук-
посредством накладных элементов из различных материалов.
' качестве элементов аппликации изделий из пластмасс используются
’  ты квотные набивные ткани, бумаги с рисунками или текстом, а так-
... гонкие листы, изготовленные из того же полимерного материала,
ин л декорируемое изделие.
• Закладная аппликация - это закрепление накладных элементов на
. .рхпости изделия приклеиванием или сваркой.
Заформованная аппликация - это закладывание в форму элементов
; писании и закрепление их на изделии в процессе его формования.
С пениального оборудования для этих двух типов аппликации, как
, ы'-ло. не изготовляют, а применяют специальную оснастку науни-
. аи.ное оборудование (литьевые машины и др.).
Ь тек случаях, когда по тем или иным соображениям прямое запе-
i/вание. т. е. нанесение изображения типографическим способом
.. посредственно на поверхность изделия, неосуществимо или нецеле-
ыразно, представляется возможным применять принципиально иной,
называемый косвенный способ переноса изображения. В отличие
ы.ымого запечатывания здесь изображение наносят предварительно
. н ей пальну ю подложку, с которой затем оно переводится на повер-
м изделия. Такую подложку с нанесенным на нее в виде тонкой

пленки переводным изображением принято называть декол ем, а способ
косвенного переноса - декалькоманией. Таким образом, декалькома-
ния - это способ полиграфического изготовления и применения пере-
водных изображений: маркировок промышленных изделий, техничес-
ких знаков, декоративных рисунков, детских картинок и т. п.,
предназначенных для переноса на бумагу, дерево, металл, фарфор и
другие материалы.
В последнее время декалькомания получила определенное распро-
странение применительно к пластмассовым изделиям. Различают три
разновидности перевода изображений: мокрый, сухой и термический,
отличающиеся особенностями использования деколей и технологией
их применения. Выбор зависит от свойств полимерных материалов и
технологии их переработки.
18* Ревяко М.М., Касперович О.М.

Раздел IV. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВ
ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ПЛАСТМАСС
1.	РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА НЕОБХОДИМОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Основным документом, регламентирующим работу по разработке
технической документации, является задание на проектирование, ко-
торое должно быть обеспечено исходными данными:
-	о результатах научно-исследовательских и опытных работ по тех-
нологии производства;
-	о номенклатуре продукции и мощности производства;
-	о площадке для строительства;
-	о требованиях к разработке вариантов проекта;
-	об отходах производства и их использовании;
-	по охране труда и технике безопасности ведения производствен-
ного процесса.
Производственная мощность предприятия, цеха, участка определя-
ется номенклатурой выпускаемой продукции по видам перерабатывае-
мого сырья. Мощность производств по переработке пластмасс исчисля-
ется в тоннах. Для некоторых видов продукции указывается дополнительная
мощность в соответствующих единицах: по пленкам - млн. м2, по трубам
-тыс. км, побезузловой сетке-млн. м, по товарам культурно-бытового и
хозяйственного назначения - тыс. руб. При необходимости в дополни-
тельных сведениях общая сумма мощности может подразделяться по по-
казателям, характеризующим выпускаемую продукцию: по ширине и
толщине пленки, по диаметру и толщине стенки труб, по объему выдув-
ных изделий.
При определении производственной мощности должен принимать-
ся годовой фонд времени работы оборудования. Для предприятий с
периодическим процессом производства она исчисляется исходя из
трехсменного режима работы и установленной продолжительности
смен с учетом сокращения рабочего времени в предпраздничные дни.
Время на ремонт оборудования исключается из годового фонда време-
ни работы оборудования, если ремонт производится в рабочее время.
В расчетном действительном рабочем фонде времени не учитывают-
ся простои оборудования, вызванные недостатком рабочей силы, сырья,
278

топлива, электроэнергии или организационными неполадками, а также
потери рабочего времени, связанные с браком в производстве. Для произ-
водств по переработке пластмасс установлены размеры действительного
годового фонда времени работы оборудования, приведенные в табл. 33.
Номинальный фонд времени работы оборудования Фн (графа 5)
рассчитывается с учетом остановок оборудования на праздничные и
выходные дни при 36- и 41 -часовой неделе. Длительность простоя обо-
рудования в ремонте (графа 6) принята по данным «Системы техни-
ческого обслуживания и ремонта основного технологического обору-
дования по переработке пластмасс». Учитывая сложившийся большой
парк оборудования, в графу 6 необходимо включить простои оборудо-
вания при капитальном ремонте, приведенные к году. Для единичного
количества оборудования простои в ремонте рассчитываются предпри-
ятием по графику ППР.
Предприятия, имеющие изношенное оборудование, могут рассчи-
тывать затраты времени на ремонт индивидуально в соответствии с
допустимыми отклонениями от установленных нормативов по согла-
сованию с вышестоящей организацией.
В графе 7 указываются технологические простои, учитывающие
время на смену форм, сырья, чистку оснастки и запуск машины после
выходных и праздников.
Действительный расчетный годовой фонд времени работы обору-
дования Фд (графа 8) равен номинальному фонду за вычетом потерь
времени на ремонт оборудования и технологические простои.
Расчетное количество оборудования Е асч определяется по формуле
Уг
Е	=-^—,
расч 0,93 Ф
д
где	-суммазатрат времени на выполнение годовой программы по
всем изделиям, закрепленным за данным видом оборудования, маш.-ч;
Фд- действительный (расчетный) годовой фонд времени работы
оборудования, ч;
0,93 - коэффициент, учитывающий потери времени на обслужива-
ние рабочего места и оборудования, подготовительно-заготовительное
время и время на отдых и личные надобности (учитывается только при
расчетах мощности производств с прерывным процессом изготовле-
ния изделий - прессованных, литьевых, выдувных, пневмо- и вакуум-
формованных и др.)
279

Таблица 33
Продукция	Оборудование	Режим работы	Число часов работы в сутки	Фн, ч	Потери времени, % от Фн		Фд,ч	Использо- вание оборудо- вания. % от Фн
					на ремонт оборудо- вания	на технологи- ческие простои оборудования		
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1. Изделия из пластмасс: прессованные	Гидравлические прес- сы с усилием прессо-	Трехсменный прерывный	23	6210	4,0	2,5	5800	93,5
	вания до 10 МН Гидравлические прес-	Двухсменный прерывный Непрерывный	16 24	4140 8570	4,0 6,6	2,5 7,0	3870 7400	93,5 86.4
	сы с усилием прессо- вания до 10 МН и выше для производст- ва декоративнослои- стого пластика и тек- столита Роторные линии Установки непрерыв- ного прессования	Трехсменный прерывный Трехсменный прерывный	24 23	6490 6490	5,8 8,0	2,9 7,0	5920 5520	91,3 85.0
литьевые	Литьевые машины для термопластов, рабо-	Трехсменный прерывный	24	6490	5,3	2,9	5920	91,3
	тающие в автоматиче- ском режиме, автома- тические линии							

Продолжение табл. 33
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Литьевые машины для термопластов, работающие в полу- автоматическом режиме, литьевые машины для реакто- пластов	Трехсменный	23	6210	4,4	1,4	5850	94,2
выдувные	Агрегаты для произ-	Двухсменный						
	водства выдувных	прерывный	16	4140	4,8	1,6	3880	93,6
	изделий	Трехсменный прерывный	23	6210	4,6	2,5	5770	92,9
пневмо- и ваку-	Вакуумформо-	Двухсменный						
умформованные	вочные машины	прерывный	16	4140	4,6	2,6	3840	92,8
изделия		Трехсменный прерывный	23	6210	2,8	2,0	5910	95,2
	Установки механо-	Трехсменный						
	п невмоформован ия (УМПФ)	прерывный	23	6210	2,8	2,0	5910	95,2
	Роторный автомат	Трехсменный						
	вакуумформовочный	прерывный	24	6490	13,0	2,0	5520	85,0

	2	3	4	5	6	7	х	0
2.1 !ленки: полимерные: i io. по i иленовыс поливинилхло- ридные	Агрегаты для производ- ства рукавной пленки Каландровая линия Кашировальпая машина	1!спрерывный Непрерывный 11с прерывный	24 24 24	8570 8570 8570	5,3 7,0 6,7	63 4,4 10,7	7570 7600 7080	88.4 88,6 82.6
3. Трубы из тер- мопластов: полиэтиленовые поливинилхло- ридные	Агрегаты для произ- водства труб Агрегаты для произ- водства труб	Непрерывный Непрерывный	24 24	8570 8570	5,0 3,7	8,6 9,9	7400 7400	86,4 86,4
4. Листы из термопластов	Агрегаты для произ- водства листов	Непрерывный	24	8570	8,6	5,7	7490	85,7
Таблица 34
Изделие	Масса изде- лия, г	Годовая программа		Марка сырья	Время выдержки, с	Число гнезд в форме	Вспомога- тельное (не- перекрывае- мое) время, с	Общее время цикла, с	Г, маш.-ч
		тыс. шт	т						
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Кожух	204	219,6	44,8	03-010-02	240-260	1	60	300	18 300
Основание	54	556	30	03-010-02	96-110	4	60	156	6 023
Итого			74,8						24 323

Затраты времени (в машино-часах) на выполнение годовой про-
граммы (7) определяются через цикл изготовления изделий (для прес-
сованных, литьевых, выдувных, пневмо- и вакуумформованных) или
часовую производительность (для пленок, труб, листов).
В табл. 34 приводится пример расчета количества оборудования,
необходимого для выполнения годовой программы по производству
прессованных изделий.
г- 24323
Е =------------= 4,5 шт.
расч 5800-0,93
Принимаем 5 единиц оборудования.
Аналогично определяется расчетное количество оборудования для
производства литьевых, выдувных, пневмо- и вакуумформованных из-
делий.
В графе 1 указывается наименование изделий, закрепленных задан-
ным видом оборудования. Графа 2 заполняется по чертежу изделия.
В графах 3, 4 указывается годовая программа, причем:
Графа 4 = (Графа 2 • Графа 3)/1 000 .
Графы 5-7 заполняются по действующим на предприятии техно-
логическим картам изготовления изделий, пересмотренным и откор-
ректированным перед расчетом мощности.
В графе 6 указываются минимальное и максимальное время вы-
держки.
Графа 8 заполняется по действующим заводским нормам (нормы
времени и расценки) или по действующим нормативам по обслужива-
нию оборудования.
Графа 9 = Графа 6 + Графа 8.
При определении общего времени цикла берется минимальное вре-
мя выдержки:
Графа 3 • Графа 9
Графа 7 -3600
После расчета затрат времени Тпо каждому изделию определяется
сумма затрат времени () на выполнение годовой программы, зак-
репленной заданным видом оборудования, и находится расчетное ко-
личество оборудования:

Таблица 35
Наименование изделия	Масса 1 м, кг	Годовая программа		Скорость отвода, м/мин	Количе- ство ручьев	Производи- тельность оборудова- ния, кг/ч	Затраты времени Т на выполнение годовой про- граммы, маш.-ч
		т	км				
1	2	3	4	5	6	7	8
Труба 25x2 «СЛ»	0,15	10	66,7	3,3	1	29,7	336,7
Труба 25x2,7 «С»	0,20	15	75,0	2,5	1	30,0	500,0
Труба 63x3 «Л»	0,59	80	135,5	1,9	1	67,3	1188,7
Труба 63x4,7 «СЛ»	0,87	50	57,5	1,3	1	67,9	736,4
Итого		165	334,7				2761,8

Ут
Е -	,
расч 0,93Фд
где Фд-действительный (расчетный) годовой фонд времени работы обо-
рудования, берется из табл. 33.
В табл. 35 приведен пример расчета времени в машино-часах и
количества оборудования, необходимого для выполнения годовой про-
граммы по производству труб из ПВП методом экструзии.
Г	276 l’8
“-------= 0,37 ШТ.
расч 7400
Принимаем одну линию по производству труб.
Аналогично определяется расчетное количество оборудования для
производства профильно-погонажных изделий.
В графе 1 указывается наименование труб из термопластов, зак-
репленных за однородным оборудованием. Номенклатура продукции
должна быть разделена по видам материалов с определением по каж-
дому подразделению годовой программы или фактической загрузки и
расчетного количества оборудования.
Графа 2 заполняется по данным ГОСТ или ТУ.
В графах 3 и 4 указывается годовая программа (или фактическая
загрузка оборудования):
Графа 4 = Графа 3 / Графа 2.
Графы 5 и 6 заполняются по действующим регламентам и техноло-
гическим картам, пересмотренным и откорректированным перед рас-
четом мощности.
Графа 7 = Графа 2 • Графа 5 • Графа 6 ♦ 60.
В графе 7 по агрегатам, для которых имеется нормативная часовая
производительность, утвержденная соответствующим ведомством,
производительность по скорости отвода не рассчитывается, а прини-
мается нормативная.
Графа 8 = (Графа 3 ♦ 1000) / Графа 7.
После расчета затрат времени (машино-часов) по каждому типо-
размеру труб определяется сумма затрат времени (^Г) на выполнение
годовой программы по всей номенклатуре.
285

Оптимальной мощностью принято называть мощность, которая
обеспечивает наилучшие основные технико-экономические показате-
ли и максимальный экономический эффект в условиях заданного ас-
сортимента продукции и с учетом объемов ее производства.
Оптимальная мощность определяется внутрипроизводственными
и внешними факторами. К первой группе факторов относятся: задан-
ный уровень и вид специализации производства, технический уровень
основного технологического оборудования и технологического процес-
са. Вторая группа включает следующие факторы: наличие источников
энергоресурсов, размещение сырьевых баз, география потребителей,
обеспеченность рабочей силой, производственные связи с прочими
предприятиями и др.
В зависимости от ассортимента изделий, их тиражности, уровня
механизации и других условий при организации специализированных
производств изделий из пластмасс, получаемых литьем под давлени-
ем, прессованием, выдуванием, пневмо-вакуумформованием размер
оптимальных мощностей может колебаться в довольно широких пре-
делах и достигать следующих значений (тыс. т/год):
По производствам полуфабрикатов из пластмасс размеры оптималь-
ных мощностей значительно выше, что обусловлено высокой единич-
ной мощностью экструзионных агрегатов, узким и многотоннажным
ассортиментом готовой продукции.
Производство изделий:
прессовых	2-6
литьевых	5-10
выдувных	3-5
вакуумформованных	2-5
В производствах пленок полиэтиленовых, а также труб из термопла-
стов оптимальные мощности могут достигать величин 30-50 тыс. т/год,
в производстве листов из термопластов - 20-30 тыс. т/год.
Размещение источников сырья значительно влияет на размер себе-
стоимости проектируемых производств. Транспортные затраты на пе-
ревозку готовой продукции будут наименьшими при мощности произ-
водства до 4-8 тыс. т/год и радиусе обслуживания до 500 км. При
большей мощности производства увеличивается радиус обслуживания.
Тем не менее доля транспортных расходов в стоимости изделий растет
незначительно и, как правило, не превышает 2-5%.
286

2.	РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРОИЗВОДСТВА
ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
Получение изделий из реактопластов основано на горячем фор-
мовании изделий, заключающимся в пластической деформации мате-
риала при одновременном действии на него тепла и давления с после-
дующей фиксацией формы изделия.
Технологический процесс производства изделий из реактопластов
методом горячего формования состоит из следующих операций: при-
ем сырья в контейнерах или в мешках, хранение сырья, его растарива-
ние и входной контроль, таблетирование или жгутирование, передача
подготовленного сырья к формующей полости гидравлического прес-
са или литьевой машины, формование изделий, механическая обработка
и контроль готовых изделий, транспортирование готовых изделий на
склад, переработка отходов.
Технологическая схема получения прессовых изделий широкого
ассортимента в полуавтоматическом режиме работы прессового обо-
рудования представлена на рис. 187.
Хранение Растаривание Формование
Формование
Рис. 187
287

Пресс-порошки в мягких контейнерах 1 или в мешках 2а электропо-
грузчиком 2 подаются на участок растаривания сырья, где при помощи
кран-балки 3 подается к растарочной установке V, откуда контейнером 5
подаются к прессу-полуавтомату 7, работающему на пресс-порошках без
подогрева, или к таблеточной машине 8. Материал, который поступает в
мешках, подается на растарочную установку 6.
Манипулятором 9 таблетированный материал подается в установ-
ку Ю ТВЧ для предварительного подогрева, а затем в пресс-формы ус-
тановленные на прессах-полуавтоматах. Отпрессованные изделия по-
ступают на ленточный конвейер, вдоль которого по обе стороны
установлены стойки // для механической обработки. Детали, которые
подвергаются голтовке, элеватором 12 подаются в голтовочный бара-
бан непрерывного действия 13, затем элеватором 14 детали подаются в
упаковочный автомат 15. Манипулятором 16упакованные в тару изде-
лия, поступают в склад-штабелер 17.
Сырье для прессования изделий целесообразно хранить в неотапли-
ваемых складах, защищенных от атмосферных осадков и прямых сол-
нечных лучей (при длительном хранении реактопластов при температуре
выше20°С происходит понижение текучести материала). Рекомендуемые
нормы хранения пресс-материалов на заводских и цеховых складах сы-
рья для производства изделий из реактопластов приведены в табл. 36.
Таблица 36
Вид тары для транспортировки	Распределение сырья по видам тары, %	Нормы хранения, сут	
		на заводских цехах	на цехо- вых скла- дах
Мягкие резинокорд- ные контейнеры	40	10-12	1
Мешки бумажные с полиэтиленовыми вкладышами	35	7-10	1
Мешки бумажные и шпредированные	25	15-30	1
Литье под давлением заключается в размягчении материала
до вязкотекучего состояния в цилиндре литьевой машины и после-
дующем перемещении его в литьевую форму, где материал, охлаж-
288

даясь, затвердевает, сохраняя при этом конфигурацию внутренней
полости формы. Процесс литья является дискретным процессом,
в котором периодически изменяются как состояние материала, так
и воздействие на него отдельных элементов оборудования и ос-
настки.
Все технологические схемы производства изделий из термопластов
методом литья под давлением включают в себя следующие стадии:
1.	Прием, транспортирование, растаривание и хранение сырья. Вход-
ной контроль.
2.	Подготовка сырья.
3.	Транспортирование сырья со склада или участка подготовки
сырья в цех формования изделий (к литьевым машинам)
4.	Формование изделий.
5.	Конфекционирование изделия.
6.	Контроль готовой продукции.
7.	Упаковка и хранение готовой продукции.
8.	Переработка отходов.
Содержание отдельных стадий и порядок их выполнения могут из-
меняться и уточняться в зависимости от выбранной технологической
схемы.
В настоящее время наиболее целесообразно применять технологи-
ческие схемы производства литьевых изделий в полуавтоматическом и
автоматическом режимах работы оборудования (рис. 188).
Полученное сырье в мешках, мягких контейнерах или цистер-
нах 23 поступает на поддон 2 и электрокарой 3 на растаривание (V -
подъемный стол, 5 - установка для растаривания, 6 - технологическая
емкость). Мягкие контейнеры 9 автокраном подают из склада кран-бал-
кой 10 на растаривание 11. Из железнодорожной цистерны 28 сырье
пневмотранспортом 12 подается в емкости для хранения сырья /3, 14
(силоса). При необходимости сушки сырья оно поступает в вакуумную
сушилку 7. Готовое сырье поступает к литьевой машине 15 для формо-
вания изделий. Отформованные изделия поступают на механическую
обработку 16,17, азатем на декорирование или термообработку 18, 19
(при необходимости). После этого готовые изделия поступают на упа-
ковку 20. Литниковые системы и некачественные изделия дробятся 21,
гранулируются и поступают на переработку.
Заводской склад может хранить суток запасы сырья до 15, цеховой -
одни сутки.
19 Ревяко М.М., Касперович О.М.
289

РастариваниеТ
Подготовка сырья
сы рья	1
4 5 6
Формование изделий
9
Цеховой склад
Заводской
склад сырья
13
7
Металли-Т Контроль и
зация [ упаковка
18
12
О
14
19
Термооб-
работка
Рис. 188

Получение объемных изделий из пластмасс методом экструзии
с раздувом заключается в размягчении термопластичного материала до
вязкотекучего состояния в цилиндре экструдера с последующим пере-
мещением трубчатой заготовки в форму для раздува, где полимерная
трубчатая заготовка при помощи сжатого воздуха приобретает объем-
ную форму изделия. Съем изделия осуществляется после охлаждения.
Технологическая схема производства объемных изделий методом
экструзии с раздувом состоит из следующих операций: прием сырья на
заводах в контейнерах (цистернах, мешках), транспортирование на
склад, хранение сырья, растаривание сырья, входной контроль, подго-
товка сырья на участке подготовки, транспортирование сырья с участ-
ка подготовки или склада сырья и подача его в бункер экструзионного
агрегата; формование заготовки и изделий (расплавление, гомогениза-
ция, оформление трубчатой заготовки, раздув в форме, охлаждение и
извлечение готового изделия); механическая обработка изделий; конт-
роль готовой продукции; сборка и упаковка готовых изделий, склади-
рование; переработка отходов. Технологическая схема производства
объемных изделий методом раздува показана на рис. 189.
Сырье поступает на завод и автокраном 1 мягкие контейнеры 2,
подвесной кран-балкой 3 передаются на растарочную установку 4. От-
туда пневмотранспортом 5 перегружается в заводской 6 и цеховой си-
лоса (емкости). После этого сырье, в необходимых количествах, посту-
пает на экструзионный выдувной агрегат 8. Готовое изделие с агрегата,
манипулятором 9 передается на автоматическую механическую обра-
ботку, азатем конвейером 11 на контроль 12. Облой и бракованные из-
делия дробятся 16, гранулируются 15, и снова подаются в производ-
ственный цикл. После контроля изделия упаковываются 13 и ящики на
поддонах укладываются на склад-штабелер 14.
Получение изделий из пластмасс методом вакуум- и пневмо-
формования заключается в формовании из нагретых до высокоэлас-
тичного состояния листовых термопластичных материалов под воздей-
ствием разности давлений воздуха над листом и под листом. Давление
формования составляет 0,09-0,095 МПа. Для формования изделий из
толстых листов часто комбинируют вакуум с механическим формова-
нием и использованием сжатого воздуха.
Технологическая схема производства изделий из пластмасс, по-
лучаемых методом вакуум- и механопневмоформования, состоит из
следующих операций (рис. 190): прием сырья, входной контроль; под-
291

Рис. 189
От заводского
Рис. 190

готовка сырья; транспортирование сырья с участка подготовки или скла-
да сырья / в бункер листовального агрегата 2, транспортирование от-
формованных рулонов (листов) 3 на формование изделий на вакуум- и
пневмовакуумформующем оборудовании 7; охлаждение и извлечение
готового изделия; механическая обработка изделий; контроль готовой
продукции; складирование 6; переработка отходов 5.
Наиболее распространенными методами производства полимер-
ных пленок являются экструзионные процессы, каландрование, наи-
менее - полив.
Данные о применении основных методов производства пленок из
различных полимерных материалов приводятся в табл. 37.
Таблица 37
Полимер	Экструзия		Каланд- рование	Полив
	через коль- цевой зазор	через плос- кощелевую головку		
Полиэтилен	+	+	-	-
Полипропилен	+	+	-	-
Поливинилхлорид: пластифициро- ванный непластифици- рованный	+	+ +	+ +	-
Поливинилиден- хлорид	+	-	-	-
Полистирол	+	+	-	-
Полиэтилентереф- талат	-	+	-	-
Поликарбонат	-	+	-	+
Полиамид	+	+	-	+
Поливинилхлорид + + сополимер АБС	-	+	+	-
Технологическими схемами производства полимерных пленок, как
правило, предусматривается автоматизация процессов, начиная от по-
лучения сырья и кончая упаковкой и хранением готовой продукции.
19* Ревяко М.М., Касперович О.М.
293

Технологические схемы включают в себя следующие стадии:
-	прием, транспортирование, растаривание и хранение сырья, вход-
ной контроль;
-	подготовка сырья или приготовление композиции;
-	транспортирование сырья со склада или с участка подготовки сы-
рья или приготовления композиции к агрегатам для получения пленок;
-	формование пленок;
-	конфекционирование пленок;
-	контроль готовой продукции;
-	упаковка и хранение готовой продукции;
-	переработка отходов.
Технологическая схема производства пленки полиэтиленовой ру-
кавным методом приведена на рис. 191.
Гранулированный материал из складских емкостей 7, 2 цент-
рализованным пневмотранспортом подается в промежуточные емкос-
ти 3 объемом 3-5 м3, устанавливаемые на технологических площадках
над бункерами экструзионных агрегатов в отделениях экструзии.
Применяются различные системы контроля и управления система-
ми пневмотранспорта, в том числе:
-	подача сырья по показаниям верхнего и нижнего уровней в емко-
сти (подача материала начинается при достижении запасом сырья в
емкости нижнего уровня и прекращается при достижении верхнего
уровня);
-	подача сырья в течение определенного времени;
-	подача сырья в течение определенного времени и через опреде-
ленные промежутки времени.
Величина единовременной подачи, а также промежутки времени,
через которые происходит подача сырья, устанавливаются в зависимо-
сти от производительности оборудования.
Для ввода в исходное сырье добавок (термостабилизаторов, краси-
телей, сырья, полученного при переработке технологических отходов)
необходимо на этой же площадке предусматривать промежуточные
емкости 4 объемом 0,5-2,0 м3.
Подача добавок в эти емкости предусматривается пневмотранспортом
от растарочной установки небольшой производительности.
Правильное соотношение основного сырья и добавок обеспечивается
за счет применения многокомпонентных дозаторов 5, представляющих
собой систему камер различного объема. Наполнение и освобождение
294

Озон от поз. 11,14
Воздух для охлаждения
Рис. 191

камер многокомпонентного дозатора происходит в определенной после-
довательности.
Между многокомпонентным дозирующим устройством и последу-
ющими узлами экструзионной линии необходимо помещать прибор 6
для обнаружения металлических частиц. При наличии металлических
частиц происходит отклонение транспортирующей трубы прибора, и
сырье направляется в специальную тару для некондиционных матери-
алов. Следующие порции сырья при отсутствии в них металлических
частиц транспортируются через указанный прибор к устройству 7 для
подогрева сырья.
В экструзионной линии предусматривается устройство для подо-
грева и подсушки гранул. Существует несколько схем включения этого
устройства в линию:
-	над бункером экструдера устанавливается специальная емкость с
вентилятором и электроподогревателем воздуха;
-	бункер экструдера делается большего размера (объемом 0,5-
1,0 м3) и к нему монтируется вентилятор и электроподогреватель 1 воздуха;
-	система подогрева и подачи воздуха устанавливается автономно;
подогрев сырья осуществляется в специальной емкости и в бункере эк-
струдера.
Устройство обеспечивает подогрев воздуха до 80-100°С, а гранул
полимерного материала-до 60°С. Подогретый материал поступает в
загрузочную зону экструдера 8. Для получения качественной продук-
ции необходимо обеспечение следующих условий подачи гранул:
-	охлаждение загрузочной зоны водой с постоянными параметрами,
что обеспечивает вход в экструдер гранул с постоянными параметрами;
-	поддержание постоянной высоты столба материала над загрузоч-
ной зоной экструдера, для чего либо предусматривается непрерывная
равномерная подача сырья, либо устанавливается емкость над бунке-
ром экструдера.
Сырье захватывается червяком экструдера и транспортируется в
результате его вращения.
В процессе движения вдоль цилиндра материал уплотняется, рас-
плавляется, пластицируется и гомогенизируется. Необходимое тепло
обеспечивается за счет электронагрева и механической энергии вра-
щения червяка.
Расплавленный и гомогенизированный материал продавливается
через фильтрующий пакет, за счет чего обеспечивается очистка рас-
296

плава от загрязнений. Фильтрующий пакет обычно представляет со-
бой решетку и набор сеток.
Непрерывность технологического процесса производства пленок
обусловливает необходимость применения таких систем, которые обес-
печивают фильтрацию расплава и смену фильтровального пакета без
остановки агрегата. Наибольшее распространение имеют системы с
двухпозиционным расположением сеток и гидравлической системой
их смены.
После фильтрации расплав подается в кольцевую головку 9, откуда
через кольцевой зазор выдавливается в виде рукава.
Рукав пленки раздувается подаваемым внутрь воздухом. Степень
раздува регулируется в зависимости от принятого диаметра головки,
толщины пленки и требуемой ширины рукава. Рукав пленки имеет фор-
му усеченного конуса на расстоянии от выхода из головки до цилиндри-
ческой части. Далее идет цилиндрическая часть, переходящая постепен-
но в сложенный плоский рукав. Складывание рукава осуществляется
специальными складывающими щечками.
Сложенный рукав попадает в валки приемно-тянущего уст-
ройства 10, которое оттягивает пленку с определенной скоростью,
обеспечивая отбор пленки и ее продольную вытяжку.
Таким образом, пленка, получаемая методом экструзии рукава с
последующим раздувом, имеет двухосную ориентацию: поперечную -
за счет раздува рукава воздухом и продольную - за счет вытяжки при-
емно-тянущим устройством.
Наиболее эффективное охлаждение пленки на участке от головки
до приемно-тянущего устройства достигается регламентированной (рас-
четной) подачей воздуха (Т= 12-15°С) как на наружную поверхность,
так и внутрь рукава, что обеспечивает увеличение производительнос-
ти оборудования (на 60-120%) по сравнению с распространенным в
настоящее время охлаждением рукава пленки только снаружи.
После приемно-тянущего устройства пленка по направляющим
роликам направляется к режущему 12 и намоточному 13 устройствам.
Предварительно полиэтиленовая пленка при помощи устройства 11
подвергается специальной обработке с помощью коронного разря-
да (токи высокой частоты и высокого напряжения). Обработанная та-
ким образом пленка имеет значительно большую адгезию к красите-
лям при последующей печати. В процессе обработки коронным раз-
рядом происходит выделение озона в количествах, превыша-
297

ющих предварительно допустимую концентрацию. В связи с этим
необходимо предусматривать местные отсосы для удаления вы-
деляющегося озона.
Перед намоточным устройством необходимо устанавливать устрой-
ство для снятия статического электричества 14.
Наиболее предпочтительны ионизирующие устройства, обеспечи-
вающие переток зарядов статического электричества с поверхности
пленки. Образующийся при этом озон необходимо при помощи систе-
мы вентиляции удалять от мест его образования.
В случае потребности в пленке в виде полотна рукав разрезается
перед намоточным устройством.
Листы из термопластов в основном получают методом экстру-
зии. Листы толщиной <2 мм из жесткого ПВХ получают методом ка-
ландрования. Характеристика методов производства листов из поли-
меров представлена в табл. 38.
Таблица 38
Полимер	Экстру- зия через плоско- щелевую головку	Каланд- рование	Прессо- вание	Полимер	Экстру- зия через плоско- щелевую головку	Каланд- рование	Прес- сование
Полиэтилен*	+	-	+	Поликарбонат*	+	-	+
Полипропилен*	+	-	+	АБС+ПВХ	+	+	+
Поливинил- хлорид непластифи- цированный	+	+	+	Фенольные смолы**	-	-	+
				Карбамидные смолы**	-	-	+
* Прессованием получают листы повышенной толщины после экструзии или ка-
ландрования.
** Прессованию подвергаются листовые заготовки: пропитанные смолами бумага,
ткань, шпон и т п.
Технологическая схема получения листов методом экструзии пред-
ставлена на рис. 192.
Термопласт поступает в экструдер листовального агрегата 6/1, прой-
дя предварительно установку подсушки гранул 5. Материальный ци-
линдр экструдера, щелевая головка 6/2, валки сглаживающего каланд-
ра 6/3 имеют несколько зон обогрева.
298

Рис. 192
Червяк экструдера захватывает материал; в процессе движения
материала вдоль цилиндра происходит смешение, гомогенизация и
пластикация расплава, а затем его выдавливание через фильтрующие
сетки в щелевую головку, предназначенную для формования полотна
заданной ширины и толщины. Выходящее из щелевой головки по-
лотно, пройдя глянцующее устройство, попадает на валки сглажива-
ющего каландра. В зависимости от поверхности последнего валка
лист может иметь тисненную или полированную поверхность. Пос-
ле трехвалкового каландра полотно поступает на наклонный роль-
ганг 6/4 для окончательного охлаждения и далее с помощью тянуще-
го устройства 6/5 подается на обрезку кромок (устройство 6/6) и
на поперечные ножницы 6/7 для резки на листы заданной длины.
В зазор валков тянущего устройства по лицевой стороне полотна из
рулона подается с помощью специального устройства для прокладки
листов прокладочная бумага марки «А». Отрезанные на поперечных
ножницах листы укладываются л и стоукладчиком в стопу на поддо-
не 6/8, предварительно установленном на специальной платформе,
движущейся по направляющим, перпендикулярным оси листоваль-
ного агрегата.
После набора в стопу заданного количества листов она при помо-
щи автопогрузчика 7 или специального манипулятора подается на раз-
браковку, взвешивание и упаковку.
Для производства труб из термопластов (в том числе и из поли-
этилена) принят метод экструзии: расплавленный в цилиндре экстру-
дера материал выдавливается через кольцевую щель головки, заготов-
ка калибруется, охлаждается, полученная труба режется на отрезки
заданной длины или наматывается в бухту.
299

Технологическая схема производства труб из полиэтилена (рис. 193)
в своей начальной стадии (прием и хранение, подготовка, транспорти-
рование сырья со склада к экструзионным агрегатам) полностью совпа-
дает со схемой производства пленок из полиэтилена. Процесс формова-
ния трубы (экструзия), упаковка, контроль и хранение труб подобны
соответствующим стадиям процесса производства труб из ПВХ.
Сырье - гранулированный полиэтилен, как и в производстве поли-
этиленовых пленок, поступает большими партиями в цистернах 2, из
которых централизованным пневмотранспортом подается в складские
емкости /. Из них централизованным пневмотранспортом полиэтилен
продвигается в промежуточные емкости 3. Дозирование сырья и воз-
можных добавок (красителей, стабилизаторов) из емкостей 4 должно
выполняться с помощью дозирующего устройства 5. Поскольку в про-
изводстве напорных труб использование технологических отходов
запрещается, для производства этих труб можно применять трехком-
понентные дозаторы. Сырье, пройдя через прибор поиска металличес-
ких частиц 6, подогревается и подсушивается с помощью специальной
системы 7.
Рис. 193
300

Поступление сырья в загрузочную зону экструдера 8 должно осу-
ществляться при постоянном уровне сырья. Температура загрузоч-
ной зоны должна быть постоянной, для чего предусматривается ее ох-
лаждение водой с постоянными параметрами.
Гранулированный материал червяком транспортируется, уплотня-
ется, плавится, гомогенизируется и выдавливается из головки 9 в виде
заготовки трубы, которая калибруется в устройстве 10 и охлаждается в
первой ванне, затем поступает в следующие ванны.
Отбор труб обеспечивается тянущим устройством 12. Количество
изготовленных труб (в метрах) фиксируется счетчиком, работающим в
комплексе со счетно-маркирующим устройством. Трубы режутся на
отрезки заданной длины отрезным устройством 13 и поступают на при-
емное устройство 14 или на намоточное устройство 75.
Технологический процесс производства гофрированных труб
аналогичен описанному выше процессу производства гладких труб,
включая операцию выхода заготовки трубы из головки. По выходе
из головки труба поступает в устройство для оформления гофра. Наи-
более распространенным является процесс оформления гофров с по-
мощью полуформ, поступательно движущихся вместе с трубой-за-
готовкой.
Рис. 194
Линия для получения гофротруб (рис. 194, а) включает экструдер 7,
трубную головку 2 с удлиненными необогреваемыми дорном 6 и мунд-
301

штуком 7, гофратор 3 с двумя рядами движущихся по замкнутому конту-
ру полуформ 9 и намоточное устройство 5.
Изготовление гофротруб на описанной технологической линии
(рис. 194, б) происходит следующим образом. Тонкостенная трубная
заготовка 8 выдавливается из головки 2 экструдера 1 и поступает
внутрь непрерывно движущихся полуформ 9 гофратора 3, где разду-
вается сжатым воздухом, подаваемым внутрь трубной заготовки 8
через дорн 6 головки 2.
Прижимаясь к охлаждаемым, например, воздухом полуфор-
мам 9 гофратора 3, трубная заготовка 8 принимает форму гофриро-
ванной трубы 10 и непрерывно отбирается гофратором 3. Воздух
удерживается внутри формуемой трубы 10 с помощью пробки //,
укрепленной на дорне б головки 2. Далее в гофротрубе 10 при необ-
ходимости пробиваются отверстия с помощью перфоратора 4 или
гофротруба 10, минуя перфоратор 4, наматывается в бухту намоточ-
ным устройством 5.
Данный технологический процесс отличается высокой производи-
тельностью и позволяет изготовлять гофротрубы с наиболее рацио-
нальным кольцевым гофром практически из любого термопласта,
перерабатывающегося экструзией. К преимуществам указанного спо-
соба следует отнести также то, что с его помощью можно изготовлять
(при смене оснастки) гофротрубы с различной конфигурацией профи-
ля, максимально приближая тем самым конструкцию гофротрубы к
требованиям, определенным условиями эксплуатации.
3.	ОСНОВНЫЕ КОМПОНОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ
ПРОИЗВОДСТВ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ПЛАСТМАСС
Здания, проектируемые для предприятий по переработке пластмасс
в изделия, делят на основные производственные (литьевое, прессовое,
экструзионное производство, ремонтно-инструментальное хозяйство
и др.), подсобно-производственные (складского, энергетического и
транспортного назначения), обслуживающие (заводоуправление, зда-
ния бытового назначения и др.), вспомогательные, связанные с охра-
ной окружающей среды (установки каталитического окисления и сжи-
гания, станции нейтрализации и др.).
302

Здания, располагаемые на производственной территории, клас-
сифицируют по следующим признакам: по капитальности - на 1, II,
III и IV классы; по пожаро- и взрывоопасности - на категории А, Б, В,
Г и Д; по огнестойкости - на здания I, II, III, IV и V степени огнестой-
кости.
Помещения для переработки пластмасс по пожарной безопасности
должны быть категории В, по степени огнестойкости - не ниже II. Этаж-
ность зданий со степенью огнестойкости III не должна быть выше трех.
Максимальные площади, ограниченные противопожарными сте-
нами, составляют: на первом этаже - 5200 м2, на втором - 3500 м2, на
третьем - 2600 м2.
При строительстве предприятий по переработке пластмасс приме-
няются унифицированные пролеты: для одноэтажных зданий - с сеткой
колонн 18 х 12; 24 х 12; 30 х 12 и высотой до низа несущей конструкции
фермы 7,2 м; для многоэтажного здания - с сеткой колонн 6 х 6; 6 х
х 9; 6 х 12 при высоте этажа не ниже 6 м.
Бытовые помещения размещают, как правило, в пристройках к про-
изводственным цехам, если это не противоречит требованиям аэрации
и освещенности производственных корпусов. При численности рабо-
тающих более 300 человек бытовые помещения на производствах по
переработке пластических масс в изделия могут размещаться и в от-
дельно стоящих корпусах.
К производственным площадям относятся площади, занятые про-
изводственным оборудованием, транспортным оборудованием (кон-
вейерами, рольгангами, склизами и др.); заготовками, деталями, ко-
торые находятся возле рабочих мест и оборудования, проходами между
оборудованием (кроме магистральных проездов).
К вспомогательным площадям относятся площади инстру-
ментального и ремонтного хозяйства, цеховых складов и кладовых, по-
мещений ОТК и прочих вспомогательных помещений, пожарных и ма-
гистральных проездов.
Соотношение производственных и вспомогательных площадей
производств по переработке пластмасс приведены в табл. 39.
Проектирование экструзионных производств по мере роста еди-
ничной мощности агрегата требует значительного увеличения складс-
ких помещений. Прочие площади (вентиляционные камеры, подстан-
ции, кладовые, слесарные мастерские и др.) для большинства
производств по переработке пластмасс составляют от 13 до 28%.
303

Таблица 39
Отделение	Производство, %					
	литье- вых изде- лий	прес- совых изде- лий	ваку- ум- фор- мован- ных изде- лий	труб и соеди- ни- тель- ных частей из ПВХ	плен- ки из поли- эти- лена низкой плот- ности	крупно- габа- ритных изделий на осно- ве ППУ
Основной ра- бочий зал	52-55	45-50	38-40	40-42	48-50	28-30
Механическая обработка, сборка, ком- плектование и упаковка гото- вых изделий	5-8	10-12	3-5	3-5	3-5	2-5
Подготовка сырья и перера- ботка отходов	8-10	6-8	18-20	8-10	8-10	5-7
Складирование сырья, в том числе силосное хранение	6-8	4-8	8-10	8-10	8-10	1
Складирование и хранение готовой про- дукции	7-8	8-10	15	15	9-10	40
Прочие	13-22	14-22	20-28	18-24	18-24	15-24
Площадь основных производственных отделений рассчитывают в
зависимости от принятого набора оборудования, необходимого для
выполнения заданной программы. При укрупненном расчете площади
основного производственного отделения можно исходить из норматив-
ной площади на единицу основного технологического оборудования
(табл. 40).
304

Таблица 40
Производство	Основное технологиче- ское оборудование	Необходимая площадь зала на ед. обору- дования, м2
Полиэтиленовой плен-	Агрегат для производст-	
ки методом раздува	ва пленки в экструдере с диаметром шнека, мм:	
	45	50
	63	65
	90	80
	125	120
	160	250
Труб из полиолефинов	Линия для производства труб в экструдере с диа- метром шнека, мм:	
	63	200
	90	225
	125	270
	160	325
Литьевых изделий из	Литьевые машины с объ-	
термопластов	емом отливки, см3:	
	30-42	5
	50-67	18
	100-125	21
	220-250	23
	500	41
	1000	47
	От 1000 до 2000	82
Прессованных изделий	Гидравлические прессы с	
из реактопластов	усилием, кН:	
	400	6
	630	16
	1000	20
	1600	24
	2500	30
В соответствии с характеристиками производственных процессов
отделения переработки пластмасс в изделия, участки подготовки сы-
20 Ревяко М.М., Касперович О.М.
305

рья и перераоотки отходов и другие помещения, в которых может про-
исходить выделение вредных веществ должны быть обеспечены спе-
циальными бытовыми помещениями и устройствами по классу III Б, а
участки механической обработки пластмасс и растаривания сырья - по
классу I В. Группа I Б относится к ремонтно-инструментальным служ-
бам заводов.
В зависимости от объема и категории производственного поме-
щения, характера выделяемых вредных веществ и тепловыделения
решаются вопросы проектирования отопления и вентиляции. Все
помещения цехов по производству изделий из пластмасс должны
отапливаться и в них должна поддерживаться температура 16-20°С
в рабочее время и не ниже 5°С в нерабочее время. В помещениях,
где за 1 ч происходит пятикратный воздухообмен, рекомендуется
воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией. Тем-
пература воздуха, подаваемого в рабочую зону, не должна превы-
шать 30°С.
Компоновочные решения производств по переработке пластмасс
должны соответствовать принятой в технологическом процессе схе-
ме транспортирования сырья и готовой продукции.
В производствах прессовых, литьевых и выдувных изделий наряду
с петлеобразной схемой применяют прямоточные и комбинированные
схемы. Комбинированные схемы применяются в многоэтажных здани-
ях, где для каждого этажа используется прямоточная схема, а склад-
ские помещения, находящиеся на первом этаже, располагаются, как
правило, рядом и обеспечивают фронт погрузки и выгрузки с одной
стороны корпуса.
В производстве экструзионных изделий (трубы, пленки, листы
и др.) всегда применяется прямоточная схема; при этом организа-
ция транспортных операций является решающим фактором проек-
тирования. Кроме того, экструзионные производства состоят из бо-
льших единичных мощностей и, как правило, характеризуются
ограниченным ассортиментом изделий, что позволяет создавать ав-
томатизированные производства.
Основными величинами, определяющими взаимное размещение
основного технологического оборудования, являются расстояния по
фронту между тыльными сторонами оборудования, а также расстоя-
ния от оборудования до стен и колонн зданий, нормативные значения
которых приведены в табл. 41-62.
306

Табл ица 4 1
Нормативные расстояния от стен и колонн здания до литьевых машин, мм
Расстояние от стен и колонн, мм	Обозначение	Машины						
		средние (6000x1 100)	крупные (8000x1600)		_±1 г jL			
						 			 	Т-“" . I 1		3- t	_L_r> &	
								
До тыльной стороны машины	д	800	900					
До боковой стороны машины	г	800	800			L—		
До фронта машины	и	1500	2000					

Таблица 42
Нормативные расстояния между литьевыми машинами, мм
Машины	Расположение машин							/7	/7								
	«в затылок»							в								
			(	фонтом Д|	эуг к другу							• 4				
	а	п	б	м	в	н			ь а			1				
Средние (габаритные раз- меры до 6000x1100 мм): с вынесенным шка- фом управления со встроенным шка- фом управления	1200 1500	3000- 3300 2300- 2600	1200 1800	3000- 3300 2600- 2900	1000 1000	1800- 2100 1800- 2100										
Крупные (габаритные раз- меры до 8000x1800 мм): с вынесенным шка- фом управления со встроенным шка- фом управления	1300 1800	3700- 4300 3000- 3600	1300 2000	3700- 4300 3200- 3800	1200 1200	2400- 3000 2400- 3000				"	Н						
										. б			б			

Таблица 43
20* Ревяко М.М.,Касперович О М.
Нормативная ширина проездов и расстояние между рядами литьевых машин
при транспортировании напольным транспортом, мм
Расположение проездов	Движение			
	одностороннее		двустороннее	
	к	л	к	л
1. Между боко- выми сторонами машин	2500	3000	3500	4000
2. Между одним рядом машин, расположенных боком к проезду, и другим рядом машин, располо- женных фронтом к проезду	2500	4250		
э	< * _,J
	л ’
	

Окончание табл. 43
Расположение проездов	Движение							
	односто	эоннее	двустороннее					
	к	л	к	л				
3. Между одним рядом машин, расположенных фронтом к проез- ду, и другим ря- дом машин, рас- положенных под углом к проезду	2500	4250				й л	©ад^ад^	
4. Между фрон- тами двух машин	2500	5500			ад ад ад *ад 'Т Куад с |адад| ад t	л			
											* 				
Примечание. Буква «к» обозначает ширину проезда, а «л» - расстояние между рядами машин.

Таблица 44
Нормативные расстояния между поточными линиями литьевых машин
с механизированным транспортом, мм
Примечание. Буква «к» обозначает ширину проезда (принимается по нормам, табл. 43); «р» - ширину рольганга, конвейера
(принимается в соответствии с габаритными размерами готовых изделий или упаковочной тары).

Таблица 45
Нормативные расстояния от стен и колонн здания до пленочных агрегатов, мм
Расстояние		Обозначение	Агрегаты				
			средние (4500x2000)	крупные (12000x4500)	Цр 1	Ни		
От стен зда- ния От колонн здания	до боковой стороны агре- гата	г	2000	2500			
	до тыльной стороны агре- гата до боковой стороны агре- гата	д е	2500 1000	3000 1500			

О* Ревяко М.М., Касперович О.М.
Таблица 46
Нормативные расстояния между пленочными агрегатами, мм
Нормативная ширина рукава, мм	Обозначение		п	.	п	1				
			П .. а Г 1				
	а	п			1 машины		
700 1000 1500 3000	800 800 1000 1000	5000 4500 5000 6000					
					 £				
			6	' 6				
				Проезд ,	о			
				г	° J		г
							
Примечание. Буква «п» обозначает расстояние между осями машины.

Таблица 47
Нормативная ширина проездов и расстояние между рядами пленочных агрегатов
при транспортировании напольным транспортом, мм
♦Одностороннее движение не рекомендуется.

Таблица 48
Нормативные расстояния от трубных линий до стен и колонн, мм
Расстояние		Обозначение	Норма	1	J	L	J		
				-4—	_ .  —Е  			
						
					^ТТТтт' цел	л	- э
				Laa	0 =^£D tg п	
От стен зда- ния	до тыльной сто- роны линии	Д	2000	< 111111 С=3		
	до боковой сто- роны линии	г	1400			-		 » 1—ir-n 1—-			. --гт-П	,		
					ц	
				si Je	J,—-г	(	1 f
	фронта линии	и	1500			
				т		
От колонн здания	до тыльной сто- роны линии	ж	1000	о»а °" >		
	до боковой сто- роны линии	е	1400	*Ш	ЦЦ-—е	| sL	*		
	до фронта линии	и	1500			

Таблица 49
Нормативные расстояния между трубными линиями, мм
Нормативный			Обозначение			rt	г>				
диаметр шнека	а	п		3^				
45 63	800 800	3500 4000	°° 	m		о		3 о	С & Q q ц ч	
90	1000	4000		1				
125 и выше	1000	4500	1 1	) D 3		1	)	с ]	( 3	1 3
			— ——•	3	 проезд			3		3_

Таблица 50
Нормативная ширина проездов и расстояние между рядами трубных линий

Таблица 5 I
Нормативные расстояния от стен и колонн здания до выдувных машин, мм
Расстояние от стен и колонн здания	Обозначение	Агрегаты	
		средние (5000x1200)	крупные (8000x3500)
До боковой стороны агрегата	г	800	900
До тыльной стороны агрегата	д	1400	1400

Окончание табл. 5 I
Расстояние от стен и колонн здания	Обозначение	Агрегаты	
		средние (5000x1200)	крупные (8000x3500)
До фронта машины	и	1500	2000

Таблица 52
Нормативные расстояния между выдувными машинами, мм
Объем изделия, л	Обозначение	
	а	п
0,5-5	800	3000
6	800	3500
10	1000	5500
60	1000	6000
Проезд
проезд

Таблица 53
Нормативная ширина проездов и расстояние между рядами выдувных машин
при транспортировании напольным транспортом, мм
Расположение проездов	Движение			
	одностороннее		двустороннее	
	к	Л	к	Л
1. Между фронта- ми двух рядов ма- шин	2500	5500	3500	6500
2. Между одним рядом машин, рас- положенных боком к проезду, и другим рядом машин, рас- положенных фрон- том к проезду	2500	4250	-	-
	
	
о|	|О Jo
Примечание. Буква «к» обозначает ширину проезда, а «л» - расстояние между рядами машин.

Таблица 54
Нормативные расстояния от стен и колонн здания до листовального агрегата, мм
Расстояние		Обозначение	Норма	-	•у,		 Q		
От стен здания	до боковой стороны агрегата	г	2000		‘Н.		
	до тыльной стороны агрегата	д	2000		©			э -
От колонн здания	до боковой стороны агрегата	е	1000				
	до тыльной стороны агрегата	ж	1000		©	4	

Таблица 55
Нормативное расстояние между листовальными агрегатами, мм
Наименование	Обозначение	Норма	д	к	g		. п .	L _Э
Листовальный агрегат (ши- рина листа до 1500 мм)	а	6000		ь а .	ft: Т1 г1 JO L	
	п	1000				
				1 п L		
Листовальный агрегат (ши- рина листа до 400 мм)	а	5500				
	п	1000				

Таблица 56
Нормативная ширина проездов между боковыми сторонами агрегатов и расстояние между рядами
листовальных агрегатов при транспортировании напольным транспортом, мм

Таблица 57
Нормативные расстояния от стен и колонн здания до формовочных машин, мм
Расстояние от стен и колонн здания	Обозначение	Агрегаты													
		средние (2000x1500)	крупные (4000x1200)					к. л		Г				г.3	
До боковой стороны агрегата	г	1400	1400												
До тыльной стороны1 агрегата	д	800	800			,д 1—ь			-т 1	о	/				“Т 1 IJ	о

Таблица 58
Нормативное расстояние между вакуум-формовочными машинами, мм
Расположение машин		
«в затылок»	фронтом друг к другу	
а	б	В
2500	3500	1400
8
б
		
		Jo
		
©г
и
Д
1роезд
Примечание. Буква «а» обозначает расстояние между машинами, «б» и «в» - расстояние между фронтами машин.

Таблица 59
Нормативная ширина проездов и расстояние между рядами формовочных машин
при транспортировании напольным транспортом, мм
Расположение проездов	Движение			
	одностороннее		двустороннее	
	к	л	к	Л
Между боко- выми сторона- ми двух рядов машин	2500	3000	3500	4000
Между фрон- тами двух ря- дов машин	2500	5500	-	-
о
к
л
Примечание. Буква «к» обозначает ширину проезда, а «л» - расстояние между рядами машин.

Таблица 60
ю
оо
Нормативные расстояния от стен и колонн здания до гидропрессов, мм
Расстояние от стен и
колонн здания
До тыльной стороны аг-
регата
До боковой стороны аг-
регата
До фронта пресса
Обозначение	Прессы	
	средние	крупные
г	800	900
д	800	800
и	1500	2000

Ревяко М.М., Касперович О.М.
Таблица 6 1
Нормативное расстояние между прессами, в каждый из которых встроен шкаф управления, мм

Таблица 62
Нормативная ширина проездов и расстояние между рядами формовочных машин
при транспортировании напольным транспортом, мм
Расположение проездов	Движение				-									
	одностороннее		двустороннее						-t 	1	1 •	1	1	 1	1	1	1 , J	-г 		
	к	л	к	Л		© • °,				1	1 1	1				
Между боко- выми сторона- ми прессов	2500	3000	3500	4000		- -i-	- ф -•			1	1 . 1	1	-ф-	-г • 1		
										1	1 1	1				
					©		а				©	а		
														
									-г 	1	1 1	1	- 1	1 1 К 1		т5 -t 		
						©					©			
										Л				
														
Между одним рядом прессов, расположенных боком к проез- ду, и другим рядом прессов, расположенных фронтом к про- езду	2500	4250			—1—	.	1									
					-	I 1		। । । ।			Р 	:	1 <			
								О 1	1 1	1			,	।		а	
					-е	ш		 1	1. 1	1			--ф-		-г  _1_	
								1	1 1	1						
														
											О			
														

Примечание. Буква «к» обозначает ширину проезда, а «л» - расстояние между рядами машин.

Таблица 63
Нормативные расстояние между поточными линиями прессов
с механизированным транспортом, мм
Примечание. Буква «к» обозначает ширину проезда (принимается по нормам, табл. 4.29), «р» - ширину рольганга, конвейера
(принимается в соответствии с габаритными размерами готовых изделий или упаковочной тары).

Площадь цеха по своему назначению подразделяется на производ-
ственную, вспомогательную и служебно-бытовую.
Производственной следует считать площадь отделений и участков,
непосредственно предназначенных для осуществления технологичес-
кого процесса в данном цехе.
Вспомогательной следует считать площадь цеховых ремонтных уча-
стков, площади отделений и участков для обслуживания производства,
помещений для цеховых энергетических и санитарно-технических уста-
новок (трансформаторные подстанции, венткамеры, бойлерные и т.д.),
магистральных проездов цеха, площади цеховых складских помещений.
Общей площадью цеха при проектировании следует считать сумму
производственной и вспомогательной площадей (без служебно-бытовой).
Основные показатели, характеризующие удельную величину пло-
щади цеха:
-	величина общей площади цеха на единицу оборудования;
-величина производственной площади на единицу оборудования.
Величина производственной площади на единицу основного тех-
нологического оборудования должна определяться:
-площадью, занимаемой конкретной единицей оборудования (пас-
портные данные);
-	шириной проходов и проездов;
-способами загрузки сырья и отбора готовой продукции, средства-
ми механизации и автоматизации.
В табл. 64 в качестве справочного материала приведена производствен-
ная площадь на единицу основного технологического оборудования по ме-
тодам переработки для наиболее распространенных типов оборудования.
Таблица 64
Метод переработки	Тип и наименование основного технологи- ческого оборудования	Размер производст- венной площади на единицу основного технологического оборудования
1		2	3
Производство изделий из тер- мопластов мето- дом литья под давлением		Литьевые машины:	
	KUASI 100/25	14,0-16,0
	KUASI 150/50	14,5-17,0
	KUASI 260/100	18,0-22,0
	KUASI 400/160	21,0-25,0
21 * Ревяко М.М.. Касперович О.М.
333

Продолжение табл. 64
1	2	1	3	
Производство ''изделий из тер- мопластов мето- дом литья под давлением	Литьевые машины:	
	KUASI 630/160	36,0-40,0
	KUASI 1700/400	40,0-45,0
	KUASI 1400/250	42,0-50,0
	Маномат-80	13,0-15,0
	М ано мат-3 30	30,0-35,0
	Д 3127	21,0-23,0
	Д 3130	23,0-27,0
	Д 3132	25,0-30,0
	Д 3134	30,0-40,0
	Д 3136	40,0-50,0
		
	Д 3138	70,0-80,0
	Д 3140	70,0-80,0
Производство пленок из поли- этилена методом экструзии рукава с последующим пневматическим раздувом	Агрегаты пленочные:	
	ЛРП-45-70М	52
	УРП-1500-2	63
	УРП-1500-3	82
	ЛРП-63-100М	57
	ЛРП-160-3000М	115
Производство труб из полиэти- лена методом экструзии	Трубные линии:	
	ЛТ-45-6/20	135
	ЛТ-63х25-25/63	197
	ЛТМ-90х25-75/160	242
	ЛТ-125x25-140/400	265
	ЛТМ-63х30-25/63	166
	ЛТМ-90х30-75/160	220
	ЛТ-160-400/800	325
Производство выдувных изде- лий из полиэтиле- на, из экструди- руемых заготовок	Агрегаты выдувные:	
	АВТ-10	64
	АВ-313	35
	АВГК-60	64
	Ходас 3 л	25
	Ходас 6 л	27
334

Окончание табл. 64
1	2	3
Производство листа из ударо- прочного поли- стирола и пласти- ков АБС методом экструзии	Агрегат для производ- ства листов АЛ-1500-2	140
	Линия для производ- ства многослойных листов ЛЛ90-90-1000	95
	Линия для производст- ва листов ЛЛ-32-400	107
Производство изделий из тер- мопластов мето- дом формования	Вакуум-формовочная машина VP-B-Supper	21
	Вакуум-формовочная машина VP-2000	15
	Вакуум-формовочная машина К-4-160-45	94
	Установка механо- пневмоформования УМИФ-1003П	34
Примечания:
1. В графе 3 приведена площадь производственного зала для массовых крупносе-
рийных и серийных производств, для мелкосерийных и единичных производств приве-
денные нормативные величины должны быть увеличены на 10%.
2. Размер производственной площади на оборудование подготовительно-заключи-
тельных операций следует принимать по «Общесоюзным нормам технологического про-
ектирования предприятий машиностроения, приборостроения и металлообработки».
4.	ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН ЗАВОДОВ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ
ПЛАСТМАСС
Площадка, намечаемая для строительства промышленного пред-
приятия, должна удовлетворять следующим основным требованиям.
Она должна иметь минимальные размеры с учетом рациональной плот-
ности застройки; обеспечивать возможность расположения зданий и
сооружений в соответствии с направлением движения сырья и готовой
продукции и возможность расширения производства; иметь относи-
тельно ровную поверхность и уклон, обеспечивающий отвод поверх-
ностных вод; уровень грунтовых вод должен быть ниже глубины под-
валов, туннелей и т. д.; должно быть удобное присоединение к
335

ближайшей железнодорожной станции или близрасположенному
подъездному железнодорожному пути; планировка площади не долж-
на быть связана с выполнением большого объема земляных работ.
Площадку необходимо выбирать вблизи существующих сетей
энерго- и водоснабжения или других намеченных к строительству
предприятий, с которыми проектируемому предприятию целесооб-
разно кооперировать для устройства дорог, строительства электро-
станций, водопровода, канализации и других инженерных сетей и осу-
ществления жилищного и культурно-бытового строительства, а также
вблизи предприятий, с которыми проектируемому предприятию це-
лесообразно комбинировать по технологическим процессам на осно-
ве комплексного использования сырья, а также использования гото-
вой продукции и отходов производства.
К числу решаемых при выборе площадки вопросов относятся: рас-
положение цехов в соответствии с ходом производственного процесса
и создание рациональных транспортных связей между цехами; объем
работ по вертикальной планировке и отводу вод, а также затраты на
устройство оснований и фундаментов под здания и сооружения; затра-
ты по освоению площадки, связанные с компенсациями бывшим зем-
лепользователям, рубкой и корчеванием леса и т. п.; устройство транс-
портных путей и инженерных сетей (источники водоснабжения, длина
водопроводов, место спуска сточных вод, длина канализационного кол-
лектора и т. д.).
Одним из главных требований санитарных норм в части проекти-
рования генеральных планов предприятий по переработке пластмасс в
изделия является соблюдение санитарно-защитных зон.
Величину санитарно-защитной зоны определяет выделение таких
вредных веществ, как стирол, фенол, формальдегид, хлористый винил,
хлористый водород, толуол, ацетон и др. При проектировании литье-
вых производств для обеспечения нормативной санитарно-защитной
зоны может возникнуть необходимость в ограничении мощности по
литью полистирола (аналогично тому, как выделение хлористого ви-
нила и хлористого водорода ограничивает мощность вновь проектиру-
емых производств труб на основе поливинилхлорида и т. д.).
Ниже приводятся санитарно-защитные зоны производств по пере-
работке пластмасс в изделия:
1.	Класс IV-радиус санитарно-защитной зоны 100 м. К производ-
ствам с такой санитарно-защитной зоной относятся:
336

а)	производство прессованных и намоточных изделий из бумаги и
тканей, пропитанных фенолоформальдегидными смолами, мощностью
не более 100 т/год;
б)	производство искусственной кожи из ПВХ:
в)	производство изделий из синтетических смол, полимерных ма-
териалов и пластических масс различными методами (прессование,
экструзия, литье под давлением).
2.	Класс V - радиус санитарно-защитной зоны 50 м. К произ-
водствам с такой санитарно-защитной зоной относятся цехи меха-
нической обработки изделий из пластических масс и синтетических
смол.
Основной технико-экономический показатель генерального пла-
на - общая площадь производственной территории в гектарах. Уве-
личение площади генерального плана связано с увеличением затрат
на ее основание. Длину территории - второй показатель - определя-
ют исходя из длины железнодорожных путей, которые должны обес-
печивать требуемый фронт разгрузки сырья и погрузки готовой про-
дукции. Длина территории должна быть в 2,5-3 раза больше ее
ширины. Общая длина железнодорожных путей является также важ-
ным показателем; чем менее рационально их расположение, тем боль-
ше их длина и стоимость. И, наконец, третьим важным технико-эко-
номическим показателем является число отдельно стоящих зданий.
Необходимо предусматривать максимально возможную блокировку
отдельно стоящих зданий.
Все здания и сооружения, входящие в состав промышленного пред-
приятия, делят на две группы: основные производственные здания (ли-
тьевое, трубное, прессовое, пленочное производства, силосные скла-
ды сырья, установки каталитического окисления и др.) и здания
подсобно-производственного и обслуживающего назначения (ремонт-
но-механические и инструментальные цехи, зарядная и компрессор-
ная станции, столовые, бытовые корпуса и т. д.). Кроме того, на терри-
тории размещаются все коммуникации, дороги и транспортные
средства.
Для получения нормативного коэффициента застройки для пред-
приятий по переработке пластмасс в изделия, равного 0,5, необходи-
мо максимально блокировать производственные помещения. Обыч-
но блокируются литьевые и экструзионные производства, все
вспомогательные службы. Не рекомендуется блокировать с другими
337

производствами прессовые цехи, производства изделий из стеклопла-
стиков.
Плотность застройки рассчитывается в процентах как отношение
площади застройки к площади предприятия в ограде с включением
площади, занятой веером железнодорожных путей.
Площадь застройки определяется как сумма площадей, занятых
зданиями и сооружениями всех видов, включая навесы, открытые тех-
нологические, санитарно-технические, электрические и другие уста-
новки, эстакады и галереи, площадки погрузочно-разгрузочных уст-
ройств, подземные сооружения (резервуары, погреба, убежища,
туннели, проходные каналы подземных коммуникаций), над которы-
ми не могут быть размещены здания и сооружения, а также открытые
стоянки автомобилей, машин, механизмов и открытые склады раз-
личного назначения при условии, что размеры и оборудование сто-
янок и складов принимаются по нормам технологического проекти-
рования предприятий.
Технико-экономические показатели генеральных планов некото-
рых предприятий по переработке пластмасс в изделия приведены в
табл. 65.

Таблица 65
Показатель	Завод общего назначения мощностью 25 тыс. т/год	Завод общего назначения мощностью 11 тыс. т/год	Завод деталей из пластмасс для ав- томобильной про- мышленности	Завод труб и со- единительных деталей из полио- лефинов мощно- стью 20 тыс. т/год
Общая площадь, га	13,4	12,61	16,45	16,6
Площадь веера железнодо- рожных путей, га	0,3	0,1	0,12	0,4
Отношение ширины терри- тории к ее длине	220:564	248:440	433:465	220:698
Грузооборот (в физическом исчислении - вагонами)	8	8	12	12:15
Плотность застройки, %	40,1	51,7	50	50

ЛИТЕРАТУРА
1.	Ким В. С., Скачков В. В. Оборудование подготовительного про-
изводства заводов пластмасс. М.: Машиностроение, 1977. 183 с.
2.	Богданов В. В., Торнер Р. В., Красовский В. Н., Регер Э. О. Сме-
шение полимеров. Л.: Химия, 1979. 192 с.
3.	Торнер Р. В., Акутин М. С. Оборудование заводов по переработ-
ке пластмасс. М.: Химия, 1986. 400 с.
4.	Оборудование для переработки пластмасс: Справ, пособие / Под
ред. В. К. Завгороднего М.: Машиностроение, 1976. 407 с.
5.	Басов Н. И., Казанков Ю. В., Любартович В. А. Расчет и конст-
руирование оборудования для производства и переработки полимер-
ных материалов. М.: Химия, 1986. 488 с.
6.	Калиничев Э. Л., Калиничева Е. И., Саковцева М. Б. Оборудование
для литья пластмасс под давлением. М.: Машиностроение, 1985. 256 с.
7.	Справочник по технологии изделий из пластмасс / Под ред.
Г. В. Сагалаева М.: Химия, 2000. 424 с.
8.	Рябинин Д. Д., Лукач Ю. Е. Червячные машины для переработ-
ки пластических масс и резиновых смесей. М.: Машиностроение,
1965. 263 с.
9.	Техника переработки пластмасс / Под ред. Н.И. Басова. М.:
Химия, 1985. 528 с.
10.	Салазкин К. А., Шерышев М. А. Машины для формования из-
делий из листовых термопластов. М.: Машиностроение, 1977. 158 с.
11.	Сварка полимерных материалов: Справ. / Под общ. ред. К. И. Зай-
цева и Л. Н. Мацюка. М.: Машиностроение, 1988. 312 с.
12.	Оленев Б. А., Мордкович Е. М., Колошин В. Ф. Проектирование
производств по переработке пластических масс. М.: Химия, 1982.256 с.
340

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..............................................3
Введение.................................................5
РАЗДЕЛ I. ОБОРУДОВАНИЕ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОГО
ЦИКЛА....................................................7
1.	Оборудование для приемки, хранения и транспортирования сырья ... 7
1.1.	Оборудование складов.............................7
1.2.	Пневматические системы транспортировки гранулирован-
ных материалов...................................... 11
1.3.	Устройства для питания и дозирования сыпучих материалов . 16
2.	Оборудование для измельчения.........................21
2.1.	Основные виды измельчения.......................21
2.2.	Режущие устройства для измельчения полимеров....22
2.3.	Струйные мельницы...............................30
3.	Оборудование для смешения............................31
3.1.	Классификация оборудования для смешения полимер-
ных материалов.......................................31
3.2.	Барабанные смесители............................33
3.3.	Смесители с быстровращающимися роторами.........37
3.4.	Двухроторные смесители..........................42
4.	Оборудование для гранулирования......................48
5.	Оборудование для сушки материалов....................50
6.	Оборудование для подготовки реактопластов к прессованию.55
6.1.	Оборудование для таблетирования.................55
6.2.	Оборудование для пластикации....................62
6.3.	Аппараты для предварительного нагрева материалов...66
РАЗДЕЛ II. ФОРМУЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ.......................70
1.	Машины для литья под давлением.......................70
1.1.	Сущность литья под давлением....................70
1.2.	Конструкции литьевых машин .....................85
2.	Экструдеры и агрегаты на их основе...................... 114
2.1.	Сущность экструзии............................ 114
2.2.	Общее устройство и работа одночервячного экструдера... 115
2.3.	Классификация экструдеров.......................... 117
341

2.4.	Функциональные зоны канала червяка............. 120
2.5.	Совместная работа функциональных зон........... 127
2.6.	Конструкция основных узлов и деталей экструдеров. 130
2.7.	Общее устройство и работа двухчервячного экструдера ... 137
2.8.	Дисковые и дисково-червячные экструдеры........ 141
2.9.	Экструзионные линии.............................145
3.	Оборудование для формования полых изделий........... 146
3.1.	Общее устройство и работа экструзионно-раздувных
агрегатов.............................................147
3.2.	Конструкция основных узлов экструзионно-раздувных
агрегатов............................................. 150
3.3.	Оборудование для инжекционно-выдувного формования ... 154
4.	Оборудование для формования изделий из листовых
термопластов............................................156
4.1.	Сущность и разновидность метода пневмовакуумного
формования.......................................... 156
4.2.	Процессы, протекающие	при формовании.......... 160
4.3.	Разновидности оборудования для пневмовакуумного
формования.......................................... 163
4.4.	Конструкция основных узлов машин для пневмоваку-
умного формования .................................. 170
5.	Каландры и каландровые машины....................... 180
5.1.	Принцип действия каландров и выполняемые на них
операции............................................ 180
5.2.	Конструкция каландра........................... 184
6.	Прессы для переработки реактопластов................ 194
6.1.	Сущность прессования........................... 194
6.2.	Устройство и работа пресса......................198
6.3.	Конструкция узлов и деталей пресса..............203
6.4.	Автоматизированные прессовые комплексы..........217
РАЗДЕЛ III. ОБОРУДОВАНИЕ ЗАВЕРШАЮЩЕГО ЦИКЛА .. 222
1.	Оборудование для механической обработки изделий......222
1.1.	Особенности механической обработки изделий
из пластмасс.........................................222
1.2.	Универсальные установки для механической обработки .. 225
1.3.	Станки и приспособления для зачистки............230
2.	Оборудование для сварки пластмасс....................235
342

2.1.	Сущность процесса сварки.....................235
2.2.	Аппараты и установки для сварки..............239
3.	Оборудование для отделки изделий из пластмассе....269
РАЗДЕЛ IV. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРОИЗВОДСТВ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ПЛАСТМАСС.................278
1.	Расчет количества необходимого оборудования.......278
2.	Разработка технологических схем производства пластмас-
совых изделий........................................287
3.	Основные компоновочные решения производств
по переработке пластмасс.............................302
4.	Генеральный план заводов по переработке пластмасс.335
Литература...........................................340

Учебное издание
Ревяко Михаил Михайлович
Касперович Ольга Михайловна
ОБОРУДОВАНИЕ И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ПЛАСТМАСС
Учебное пособие
Редактор Ю. В. Кравцова
Верстка О. Г. Борисова
Подписано в печать 25.07.05. Формат 60 х 84716.
Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 20,0. Уч.-изд. л. 20,6.
Тираж 250 экз. Заказ 489.
Учреждение образования
«Белорусский государственный технологический университет».
220050. Минск, Свердлова, 13а.
ЛИ № 02330/0133255 от 30.04.2004.
Отпечатано в лаборатории полиграфии учреждения образования
«Белорусский государственный технологический университет».
220050. Минск, Свердлова, 13.
ЛП № 02330/0056739 от 22.01.2004.
Переплетно-брошюровочные процессы
произведены в ОАО «Полиграфкомбинат им. Я. Коласа».
220600. Минск, Красная, 23. Заказ 2431.