Проектирование производств литьевых изделий из пластмасс.

Б.А. Оленев, Е.М. Мордкович, В.Ф. Калошин.

Проектирование производств литьевых изделий из пластмасс. М., “Химия”, 1977 г. 153 с. 26 табл. 20 рис.

Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976-1980 годы предусмотрена программа роста производства важнейших видов химической продукции, в том числе синтетических смол и пластических масс. В настоящее время уровень мировой экономики и экономики отдельных стран все в большей мере зависит от уровня развития производства и применения полимерных материалов.

В СССР производство синтетических смол и пластических масс растет быстрыми темпами. Так, в девятой пятилетке выпуск их увеличивался ежегодно в среднем более чем на 11%. Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976-1980 годы предусмотрен рост выпуска пластических масс и синтетических смол в 1,9-2,1 раза.

Значительная часть синтетических смол и пластических масс не является готовой продукцией и требует дальнейшей переработки в изделия и полуфабрикаты. К группе, условно названной изделия из пластмасс, относятся прессовые, литьевые, вакуум-формованные, выдувные, профильно-погонажные и некоторые другие виды изделий. К группе полуфабрикаты относят в основном продукцию, получаемую экструзией (пленки, трубы, листы) и каландрованием.

Методом литья под давлением перерабатываются термопласты почти всех типов (полиолефины, полистирол и его сополимеры, полиформальдегид, полисульфоны, поликарбонат и т. д.) и реактопласты некоторых видов.

По разнообразию областей применения и объему выпуска метод переработки пластмасс литьем под давлением занимает первое место среди других методов. Производство литьевых изделий развивается опережающими темпами. В 1975 г. выпуск литьевых изделий по стране более чем в 2 раза превысил уровень 1970 г., а к 1980 г. по прогнозу он должен превысить уровень 1975 г. в 2,5 - 2,7 раза. За текущее десятилетие 1970-1980 гг. объем производства изделий из пластмасс методом литья под давлением возрастает более чем в 5 раз при общем росте производства изделий из пластмасс в 3 раза. Ниже приведены цифры, показывающие, какую долю составляют (или составят) литьевые изделия в общем объеме производства изделий из пластмасс в СССР:

Годы.. %

1965 .. 15,4

1970 .. 28

1975 .. 38

1980 .. 48-50

Изучение потребности в литьевых изделиях позволяет ожидать и в дальнейшем повышения доли литьевых изделий в общем объеме производства изделий из пластмасс. Это подтверждается опытом стран, потребляющих большое количество пластмасс. Так, в США производство литьевых изделий в 1975 г. достигло 58,2% от общего объема производства изделий из пластмасс. Ниже приведены данные о доле литьевых изделий в общем объеме производства изделий из пластмасс в США:

года ........ %

1970 ......... 56,9

1973 ......... 58,2

1980 ......... 62,7

1985 ......... 62,2

1990 ......... 63,0

В связи с быстрым ростом объема переработки пластмасс весьма актуальной является проблема совершенствования экономики этой отрасли промышленности. Указанному вопросу посвящен ряд экономических исследований. Наиболее полно состояние экономики промышленности переработки пластмасс освещено в монографиях А.М. Когана и И.В. Рахлина [1; 2]. Некоторые данные, характеризующие состояние экономики производства литьевых изделий, приводятся ниже.

В настоящее время в страде насчитывается свыше 1 тыс. цехов и участков по производству литьевых изделий. Среди них большую часть составляют предприятия с низким уровнем специализации и концентрации.

Мелкие участки и цехи (производительностью до 50 т/год) преобладают в станкостроительной, медицинской, легкой промышленности, а также в местной промышленности. Средние цехи с объемом производства до 500 т/год сосредоточены в радиотехнической, приборостроительной и электротехнической промышленности. Более крупные производства сосредоточены .в химической и частично в электротехнической промышленности и промышленности строительных материалов. В последние годы в химической промышленности введен в строй ряд новых заводов, в составе которых действуют крупные производства литьевых изделий, выпускающие от 2 до 6 тыс. т продукции в год.

Увеличение мощности вновь создаваемых производств литьевых изделий является важным фактором повышения эффективности производства. С увеличением объема выпуска продукции снижается трудоемкость изделий, увеличивается съем продукции с единицы оборудования, улучшается использование производственных площадей. Так, увеличение выпуска с 50 до 4000 т/год приводит к снижению трудоемкости примерно в 2 раза, к росту производительности труда в 1,9 раза и увеличению съема продукции с 1 м² производственной площади и 3 раза.

На специализированных заводах по переработке пластмасс фондоотдача по литьевым производствам колеблется от 1,6 до 6,2 руб. Выпуск продукции на одного работающего в натуральном выражении в 1975 г, составил более 12 т/год.

Среднеотраслевая себестоимость 1 т литьевых изделий на специализированных заводах химической промышленности составляет примерно 2300 руб. Однако себестоимость по отдельным заводам имеет значительные отклонения от ее средней величины. Последнее зависит от ассортимента изделий, применяемых видов сырья и марка оборудования. В структуре средней себестоимости затраты составляют: на сырье 40-60%, зарплата основных производственных рабочих 8-11%, погашение стоимости форм 7-10%, цеховые расходы 12—21%, общезаводские расходы 8-12% и прочие затраты 4-6%.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о наличии больших резервов экономики, которые должны быть учтены при разработке проектов строительства новых и реконструкции действующих литьевых цехов. Вместе с тем при проектировании производств литьевых изделий необходимо предусматривать качественные изменения в их организации: применение автоматических линий, безлитниковое литье, максимальная механизация транспортных операций и т. д. В связи с этим представляют интерес направления технического прогресса в области производства литьевых изделий в нашей стране и за рубежом.

Применяя современные методы организации литьевого производства, некоторые зарубежные фирмы, в частности в США, достигли высоких результатов в съеме продукции с единицы литьевого оборудования (фирма Ford-55 т/год, фирма General Motors-59 т/год).

В настоящее время фирма Husky mtg. G. Fool Works (США) проектирует завод по выпуску специализированных тонкостенных литьевых изделий мощностью 9,3 тыс. т/год. Парк оборудования этого завода составляет 20 литьевых машин с объемом впрыска 125 - 250 см³. Высокая производительность машин достигается за счет совершенствования узлов смыкания и применения эффективной системы охлаждения форм. Конструкция литьевых форм позволяет осуществлять безлитниковое литье и автоматический сброс изделий. Продолжительность цикла литья в указанном проекте доведена до 2-4 с. Предусмотрена комплексная автоматизация с момента подачи сырья и до получения готовых изделий. Все литьевые машины оборудованы укладочным накопителем и счетным устройством, что дает возможность использовать одного упаковщика-контролера для обслуживания по меньшей мере двух машин. Над туннелями установлено в линию по 10 литьевых машин. Участок изготовления тары (конвейер, загрузочный пункт и участок изготовления коробок) спроектирован так, что один подсобный рабочий подает тару на все упаковочные машины.

Литьевые машины, предназначенные для работы в автоматизированных производствах, поставляются оснащенными дополнительным оборудованием - холодильной и умягчительной установками для воды. При помощи

Кроме того, к литьевым машинам, работающим в автоматических линиях, предъявляются следующие требования: 1) точное дозирование; 2) высокая скорость впрыска; 3) продолжительность эксплуатации без капитального ремонта не менее 5-10 лет.

На ряде зарубежных фирм литьевые машины укомплектовываются собственным компьютером. В условиях технического перевооружения отечественной промышленности наиболее целесообразным является создание групповой ЭВМ. Считается, что применение ЭВМ экономически оправдано для производств, в которых занято не менее 15-20 литьевых машин общей мощностью не менее 500-1000 т/ год. Наиболее целесообразно применять ЭВМ, выбирающую автоматический режим литья в зависимости от реологических особенностей переработки того или иного вида сырья. В США, Англии, ФРГ существует ряд разновидностей ЭВМ, отличающихся принципом действия. Например, существуют ЭВМ, работа которых основана на изменении вязкости расплава, заполняющего литьевую форму. В зависимости от изменения вязкости расплава автоматически осуществляется коррекция режима работы литьевой машины. Существуют и другие ЭВМ, работа которых основана на изменении скорости впрыска в форму или повышении давления в окончательной фазе впрыска и др.

В автоматизированных производствах применяются специальные приспособления для извлечения изделий из формы и автоматической передачи их на дальнейшие технологические операции. В качестве таких приспособлений используются специальные съемники, конструкция которых зависит от вида изделия. Например, в основе конструкции съемного устройства для изделия типа стакан лежит простая шестерня и зубчатая рейка. Устройство прикрепляется к подвижной части литьевой формы. Оно опускается при открывании формы, захватывает изделие и переносит его в подготовленные лотки. Механическое и электрическое реле обеспечивают работу съемного устройства в соответствии с рабочим циклом машины. Сокращение цикла литья достигается применением эффективной системы охлаждения форм. При скорости литья 10-14 циклов/мин применяют охлаждающую воду с температурой 4-5°С при расходе 150-200 л/мин. При этом на работу литьевых машин начинает влиять температура в цехе и появляется необходимость кондиционирования с целью поддержания температуры 21 - 22°С.

Для выпуска определенного ассортимента изделий целесообразно проектировать и строить автоматизированные участки и цехи. Автоматизированными помимо самого процесса литья под давлением должны быть все вспомогательные операции - от загрузки сырья до упаковки готовой продукции. Гипропластом совместно с Научно-производственным объединением Пластик запроектировано 16 автоматизированных поточных линий. Две из них в настоящее время уже вступили в строй в НПО Пластик.

Первая линия может быть настроена на одновременный выпуск изделий четырех наименований, общая тиражность которых составляет 38-40 млн. шт./год. Линия состоит из 12 машин, установленных в один ряд над коммуникационным туннелем. В туннеле проложены многоручьевой транспортер для отбора готовой продукции, трубопроводы, вентиляционные воздуховоды. Система транспортирования готовых изделий предусматривает выполнение всех операций вплоть до упаковки изделий и погрузки их на автомашину. Обслуживают линию из 12 машин два оператора.

Вторая линия рассчитана на более частую переналадку. Она состоит из 10 литьевых машин. Одновременно на линии могут выпускаться до восьми наименований изделий. Линия смонтирована на втором этаже здания. Опыт эксплуатации этой линии следует использовать при проектирован литьевых производств в многоэтажных зданиях.

В ходе разработки проектов и освоения автоматических линий выработаны следующие основные принципы проектирования автоматизированных линий, участков и цехов: 1) однотипность основного технологического оборудования; 2) ограниченная номенклатура выпускаемых изделий; 3) линейное расположение оборудования с размещением коммуникаций и конвейера для транспортировки готовой продукции в туннеле; 4) стабильность параметров воды, электроэнергии, масла, сжатого воздуха для пневмотранспортера; 5) применение пресс-форм, пригодных для длительной автоматизированной работы (желательно, чтобы тиражность была не менее 1 - 2 млн. шт., так как стоимость пресс-форм для автоматизированного производства на 20-30% выше, чем для обычного литья). Наряду с проектированием автоматических линий и участков необходимо предусматривать повышение эффективности литьевых производств, не содержащих автоматических линий. Имеются реальные технические предпосылки для увеличения среднего съема с одной литьевой машины к 1980 г. в целом по стране до 25 т/год, а по отдельным специализированным производствам — до 50-60 т/год.

Эффективность производства литьевых изделий в значительной степени зависит от конструкций и качества применяемых форм и оснастки. Объем производства форм для переработки пластмасс в целом по народному хозяйству в 1975 г. превысил 400 тыс. шт.

Конструкция форм и оснастки определяет степень механизации и автоматизации процесса литья. Основные направления в конструировании форм заключаются в создании форм для работы в автоматическом режиме с различными вариантами отделения литника от изделия, в том числе горячеканальных и многогнездных безлитниковых форм. Ведутся работы по созданию форм с автоматической установкой арматуры и отбором готовых изделий манипуляторами. Для крупносерийного производства эффективно применение форм из специальных сталей. Эти формы выдерживают 2-3 млн. отливок.

По данным Гипропласта, потребность в формах для производства 3 тыс. т изделий составляет 800-1000 форм с условной трудоемкостью изготовления одной формы 500 нормо-часов.

Расчет потребности в формах ведется для полистирола с последующим введением поправочного коэффициента при переработке других материалов. При укрупненных расчетах потребность в формах принимается равной трем на одну литьевую машину.

При проектировании инструментальных цехов для предприятий Министерства химической промышленности предполагается, что мощность этих цехов будет использована на 60-65% для производства новых форм, на 25-30% для ремонта форм и на 8-10% для изготовления инструмента и прочих работ.

Значительно облегчает проектирование и повышает качество проектов создание классификатора литьевых изделий и разработка на его основе типовых технологических процессов для определенных групп изделий. Классификатор позволяет объединить в определенные группы десятки тысяч наименований литьевых изделий по таким характерным признакам, как размеры и конфигурация, наличие арматуры, резьбы, назначение и т. д.

В результате появляется возможность максимально унифицировать однотипные изделия, специализировать многочисленные литьевые цехи, т. е. наладить выпуск определенных групп изделий и добиться оптимальной загрузки литьевых машин по объему впрыска. В настоящее время создана математическая модель информационно-поисковой системы, которая позволяет при помощи ЭВМ определять, за какими заводами должны быть закреплены те или иные изделия. В будущем на основе описания изделий из пластмасс и технологии их переработки ЭВМ сможет выдавать в кратчайший срок необходимые технико-экономические данные, связанные с освоением новых изделий и рентабельностью их производства.