за темою: «Дослідження роботи прес-инструмента при

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

Шосткинський інститут

Кафедра хімічної технології високомолекулярних сполук

ІНСТРУКЦІЯ

На проведення лабораторної роботи

за темою: «Дослідження роботи прес-инструмента при

прохідному пресуванні на гідравлічному пресі»

з дисципліни «Устаткування виробництва високомолекулярних сполук»

Цель работы – определить реологические константы и построить расходную характеристику пресс-инструмента при проходном прессовании пластифицированного полимерного материала.

Пресс-инструмент проходного прессования предназначен для формирования профиля заданной формы из полимерного материала. Простейший пресс-инструмент представляет собой матрицу с цилиндрическим каналом (матричная втулка), через который под действием давления, создаваемого гидравлическим прессом или шнек-прессом, прессуется шнуровой профиль полимерного материала круглого сечения (рис.1).

Матрица может иметь более сложную конструкцию, например комплектоваться иглодержателем с иглой, размещаемой в канале втулки. Такая матрица позволяет изготавливать изделие в виде трубки. Пресс-инструмент может представлять собой обойму, в которую установлено две и более матриц (до нескольких сотен).

Процесс прессования через матричную втулку связан с закономерностями течения полимерного материала. Эти закономерности описываются реологическим законом

= . (1)

где - касательные напряжением, возникающие в материале при прессовании; – коэффициент консистенции; n – показатель (индекс) текучести; dw/dr – градиент скорости течения материала (скорость сдвига).

Исходя из баланса сил для выделенного кольцевого элемента материала в канале матрицы (рис.2) можно получить уравнение движения материала в дифференциальной форме

(2)

где: р – давление полимерного материала в поперечном сечении канала; - продольная координата

Рис.2 – Схема баланса

сил, действующих на

кольцевой элемент

Решение уравнения (2) с учетом закона (1) позволяет получить распределение скоростей материала по сечению канала матрицы. Зная это распределение можно подсчитать элементарный расход через сечение потока площадью 2 rdr (кольцо шириной dr на радиусе r)

dQ = 2 rdr w (r) , (3)

где: w (r) – функция распределения скоростей материала по сечению канала.

Интегрируя уравнение (3) и принимая градиент давления равным dp/dr = р/ℓ, получим расчетную зависимость для определения расхода материала

Q = πR³ (4)

Данную зависимость используем для обработки экспериментальных данных с целью определения реологических констант: коэффициента консистенции k и показателя течения n, .

Описание лабораторной установки

Установка состоит из лабораторного гидравлического пресса и пресс-инструмента. Пресс-инструмент включает (рис.3) изложницу 1, в которую загружается прессуемый материал 2, матрицу 3, формующую изделие (шнуровой профиль круглого сечения); плунжер 4, движущийся в изложнице и создающий давление на прессуемый материал, обтюрирующее кольцо 5, предотвращающее выходу материала в зазор между изложницей и пуансоном, опору 6, на которую устанавливается изложница и позволяющую принимать отпрессованный шнуровой профиль.

Рисунок 3 – Схема работы пресс-инструмента

1- изложница; 2 – прессуемый материал; 3 – матрица; 4 – плунжер; 5 – обтюрирующее кольцо; 6 – подставка; 7 – нижняя подвижная плита пресса;

8 – верхняя неподвижная плита пресса.

Собранный пресс – инструмент с прессуемым материалом устанавливают на нижнюю плиту 7, связанную с поршнем гидроцилиндра пресса. После установки пресс-инструмента верхняя плита 8, с помощью винтового механизма, опускается до соприкосновения с головкой плунжера 4. Во время прессования верхняя плита 8 – неподвижна.

Порядок проведения работы

Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо ознакомиться с инструкцией по технике безопасности при работе на установке.

Работу проводят в такой последовательности. В изложницу 1 устанавливают матрицу 3 и загружают несколькими порциями прессуемый материал, каждую порцию которого уплотняют с помощью плунжера 4. Затем в изложницу помещают обтюрирующее кольцо 5 и вставляют плунжер 4. Загруженную изложницу устанавливают на опору 6, которую помещают на нижнюю плиту 7. С помощью винтового механизма верхнюю плиту 7 опускают до соприкосновения с головкой плунжера 4 и включают гидропривод пресса. При появлении шнура включают секундомер, конец шнура захватывают рукой и выводят через окно опоры 6. В процессе прессования фиксируется усилие, которое создает пресс. По завершению выхода шнура секундомер отключают, измеряют длину шнура, его диаметр и вычисляют объем.

Опыты проводят не менее чем для двух скоростей прессования. Полученные данные заносят в таблицу.

Таблица – Опытные данные и результаты расчетов

№ опыта	Время прессования (τ),с	Длина шнура (L), м	Диаметр шнура (dш) м	Усилие пресса (Р), Н	Объем шнура (Vм), м3	Объемный расход материала (Q)м3/с	Давление прес-сования (Р) н/м3	Q/πR3	у=ℓn Q/πR3	Rр/2ℓ	x=ℓn Rр/2ℓ

Обработка опытных данных

Объем отпрессованного шнура определяем по его площади поперечного сечения и длине

Vш=

Объемный расход (производительность пресс-инструмента) рассчитываем по значению объема образца

Q=

Давление прессования определяем по площади сечения плунжера и усилию, развиваемому прессом

р= .

Реологические константы определим используя зависимость (4), которую представим в следующем виде

Введем следующие обозначения

; В₂=

С учетом этих обозначений после логарифмирования предыдущей зависимости получим

ℓn ℓn B₁+B₂ ℓn .

Это линейное уравнение, аналогичное уравнению y=а+вх,

где:

y=ℓn ; a=ℓn B₁; в=В₂; х=ℓn .

На основании опытных данных рассчитаем комплексы, находящиеся под знаком логарифма и для каждой скорости прессования запишем уравнения

у₁=а+вх₁

у₂=а+вх₂

В результате решения данной системы уравнений определимся значения «а» и «в», а соответственно,

В₁=е^а; В₂=в

Эти величины могут быть найдены графически, путем построения прямой у=а+вх на миллиметровой бумаге. Тогда а - отрезок, отсекаемый на оси ординат, в=tq , - угол наклона прямой и оси абсцисс.

Определив таким образом значения В₁ и В₂, рассчитаем реологические константы

n= ; k=

По известным реологическим константам можно рассчитать расходную характеристику для матриц, имеющих другие геометрические характеристики.

Студенты рассчитывают и строят график расходной характеристики матрицы, по заданным преподавателем исходным данным.

Содержание отчета

Отчет о выполненной работе должен содержать: название и цель работы; исходные данные; схему установки; таблицу с выполненными измерениями и результатами расчетов; график расходной характеристики, рассчитанный по исходным данным, заключение о результатах выполнения работы.

Контрольные вопросы

1.Назначение пресс-инструмента.

2.Устройство и принцип действия пресс-инструмента.

3.Каков физический смысл реологических констант?

4.На основании каких предпосылок осуществляется расчет полимерного материала через матрицу?

5.Как собрать пресс-инструмент и запустить установку при определении реологических констант?

6.Замеры каких величин проводятся при выполнении работы?

7.Какие величины рассчитываются при проведении работы, и с какой целью?

8.Какова последовательность определения реологических констант?

9.Что такое расходная характеристика пресс-инструмента и зачем она нужна?