Система индукционного нагрева для производства пластмассы
Анализ оригинального способа индукционного нагрева пластмассы в процессе горячего литья под давлением. Изучение технологической схемы гидравлической литьевой машины. Изменение характера распределения плотности тока и мощности в цилиндре пластикации.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.01.2020 |
| Размер файла | 148,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБОУ ВПО Самарский государственный технический университет
Система индукционного нагрева для производства пластмассы
Л.С. Зимин
А.Г. Сорокин
Для производства изделий из пластмассы методом горячего литья под давлением в основном используются гидравлические литьевые машины. Качество готовой продукции при этом во многом определяется температурным полем сырьевой массы в течение всего процесса литья. С этой целью был предложен нагрев сырьевой массы непосредственно в процессе литья путем передачи тепла от металлического цилиндра пластикации и металлического шнека, который, вращаясь, обеспечивает продвижение расплавленной массы. Цилиндр и шнек нагреваются индуктором, установленным на литьевой машине.
На рис. 1, а схематично представлена конструкция гидравлической литьевой машины, а на рис. 1, б - эскиз индукционной нагревательной системы. Сырье 7 из приемного бункера 3 попадает в цилиндр пластикации 2 и равномерно распределяется по его длине посредством вращения шнека 6. Шнек приводится во вращение двигателем 1. Затем с помощью индуктора 4 нагревается до заданной температуры, далее с помощью шнека расплавленный материал через сопло выливается в пресс - форму штамповочного устройства 5. нагрев пластмасса литье давление
Рис. 1. Технологическая схема гидравлической литьевой машины
Для составления целостной картины изменения характера распределения плотности тока и мощности в цилиндре пластикации и шнеке в процессе нагрева и возможности аналитического описания функции распределения внутренних источников тепла требуется последовательное решение электромагнитной и тепловой задач. Разделение во времени процедур расчета электромагнитного и теплового полей объясняется разной инерционностью этих процессов. Поэтому электромагнитная задача может быть сформулирована как квазистационарная, а тепловая имеет в дифференциальном уравнении временную производную первого порядка. Все это позволяет создать полностью или частично независимые процедуры расчетов электромагнитных и тепловых полей.
В общем случае процесс индукционного нагрева описывается нелинейными уравнениями Максвелла для электромагнитного поля с соответствующими краевыми условиями:
; ; ; .
Здесь ,,,- векторы напряженности и индукции магнитного и электрического полей.
Исходная постановка нелинейной электромагнитной задачи выражается через векторный потенциал общим уравнением Пуассона в двумерной области:
; ; .
Здесь - векторный потенциал, - абсолютная магнитная проницаемость среды, - удельная электрическая проводимость.
Для решения тепловой задачи используется первый закон термодинамики, записанный в виде дифференциальных уравнений для объемных тел:
.
Здесь - скорость образования тепла в конечном объеме; - вектор теплового потока; - векторный оператор; - вектор, характеризующий скорость переноса тепла.
Связь между вектором теплового потока и температурным градиентом устанавливается по закону Фурье:
.
Объединение двух последних уравнений дает уравнение вида
.
Полученные уравнения применяются в декартовой системе координат в линейной постановке. Для полной физической определенности общая система уравнений дополняется эмпирическими зависимостями удельной теплоемкости, вязкости, коэффициентов теплопроводности, теплопередачи и других величин от температуры. Расчет теплового поля системы осуществляется с помощью метода конечных элементов.
Указанная постановка задачи охватывает самые общие электромагнитные явления и позволяет рассчитывать практически весь класс устройств индукционного нагрева, который может быть математически описан двумерным уравнением Пуассона. Сущность подхода, основанного на методе конечных элементов, заключается в исследовании глобальной функции процесса, в данном случае векторного потенциала, в дискретных частях анализируемой области Q, (рис. 1, б), которая должна быть предварительно разбита на конечные смежные подобласти, что позволяет свести задачу с бесконечным числом степеней свободы к задаче, содержащей конечное число параметров.
Результаты расчета тепловой задачи соответственно на каждом из этапов представлены на рис. 2, а, б, в. Выбор оптимального времени нагрева одной порции сырья является важной задачей. Из анализа результатов расчета получаем оптимальное время нагрева 600 с, дальнейшее увеличение неизбежно приведет к неоправданным затратам электроэнергии (рис. 2, г).
Рис. 2. а - температурное распределение на первом этапе нагрева; б - температурное распределение на втором этапе; в - температурное распределение на третьем этапе; г - зависимость перепада температуры от времени нагрева
Проведенный анализ полученных результатов показывает, что при нагреве полимерного материала одновременно от цилиндра пластикации и шнека, что возможно при частоте 50 Гц, существенно сокращается время нагрева, от которого зависит расход электроэнергии.
В качестве исходных параметров при проектировании индуктора были приняты: рабочая температура до 600 °С; внешний диаметр цилиндра 0,088 м; внутренний диаметр цилиндра 0,046 м; толщина стенки цилиндра 0,021 м; диаметр шнека 0,036 м; толщина слоя полимерного материала 0,005 м.
Параметры индуктора - однослойный, цилиндрический, выполнен медным проводом ПОЖ 6,3 Ч 2 с никелированной медной жилой и двумя слоями стекловолокна с пропиткой органосиликатным составом. Число витков индуктора - 110, полная мощность индуктора 20 кВт при напряжении 220 В.
При найденных параметрах индукционного нагревателя точность температурного распределения в полимерном материале составляет 3 °С, что полностью удовлетворяет технологии производства пластмассы методом литья.
Аннотация
Рассматривается оригинальный способ индукционного нагрева пластмассы в процессе горячего литья под давлением.
Ключевые слова: индуктор, температурное поле, численные методы, проектирование.
The paper considers the original way of induction heating of plastic during hot molding under pressure.
Keywords: an inductor, a temperature field, numerical methods, designing.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Элементы установок индукционного нагрева. Расчеты частоты нагревательной индукционной установки. Определение мощности и размеров индуктора, его электрический расчет. Применение низкочастотного индукционного нагрева в электрических водонагревателях.
курсовая работа [460,3 K], добавлен 18.11.2010Строение и свойства полиэтилентерефталата (ПЭТ), его получение и применение. Основные разновидности литья пластмасс под давлением. Выбор термопластавтомата, технология производства ПЭТ-преформ. Расчет пластификационной производительности литьевой машины.
контрольная работа [56,5 K], добавлен 08.01.2013Превращение электрической энергии в другие виды с одновременным осуществлением технологических процессов. Электротермические установки и области их применения. Установки нагрева сопротивлением, контактной сварки, индукционного и диэлектрического нагрева.
курс лекций [1,5 M], добавлен 03.10.2010Технологический процесс получения неразъемных соединений деталей в результате их электрического нагрева до плавления или пластического состояния. Нагрев токопроводящего материала с помощью установок индукционного нагрева. Метод электроискровой обработки.
презентация [470,2 K], добавлен 06.03.2014Конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов. Разработка технологической схемы производства. Расчет мощности нагрева и основных силовых параметров. Определение числа гнезд, усадки изделия и объема впрыска.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 29.06.2012Основные методы переработки полимерных материалов в изделия. Основания для выбора способа переработки. Технологические особенности литья под давлением. Составление и описание технологической схемы производства. Выбор технологического оборудования.
дипломная работа [78,4 K], добавлен 20.08.2009Составление технологической схемы производства. Подготовка и заливка формы. Исправление дефектов отливки. Основной участок литья под давлением. Расчет установленной и потребляемой мощности. Компоновка технологического оборудования, планировка помещений.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 18.02.2012Технические требования к детали и выбор марки пластмассы, его обоснование. Разработка аппаратурно-технологической схемы производства, ее теоретическая основа, виды брака и его устранение. Выбор оборудования. Составление технической документации.
курсовая работа [884,6 K], добавлен 29.10.2013Принципиальная схема измерений индукционного каротажа. Блок-схема зонда ИК без компенсации и с компенсацией первичного поля. Геометрический фактор. Применение фокусирующих катушек. Увеличение уровня сигнала. Прибор индукционного каротажа АИК – 5.
презентация [3,9 M], добавлен 28.10.2013Пластмассы, их классификация и физические свойства. Технология изготовления пластмасс. Тенденции на рынке полимеров. Широкое распространение полимерных изделий. Процессы утилизации пластмассы. Развитие рынка пластмасс.
реферат [126,3 K], добавлен 12.02.2007Изучение технологии производства пластмасс. Рассмотрение методов оценки качества. Количественная характеристика показателей качества пластмассы. Определение факторов, которые влияют на снижение качества продукции; выработка мероприятий по его повышению.
дипломная работа [425,6 K], добавлен 15.08.2014Назначение, область применения и классификация пластмассы. Выбор номенклатуры показателей качества пластмассы. Факторы, влияющие на снижение качества пластмасс, Специфические способы приготовления полимерных композиций: вальцевание, экструдирование.
курсовая работа [382,7 K], добавлен 22.04.2014Разработка конструкции литьевой формы для литья под давлением изделия из термопласта. Выбор термопластавтомата и определение гнездности литьевой формы. Расчет времени цикла. Кинематический расчет системы съема изделия. Тепловой расчет литьевой формы.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 29.06.2012Характеристика, цели и особенности производства, классификация материалов: чугуна, стали и пластмассы. Сравнительный анализ их физико-химических, механических и специфических свойств; маркировка по российским и международным стандартам; применение в н/х.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 04.01.2012Разработка чертежа отливки. Выбор машины для литья под давлением. Технологический процесс изготовления детали "Крышка". Проектирование пресс-формы. Расчет количества машин для литья под давлением. Расчет расхода электроэнергии, сжатого воздуха, воды.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 09.02.2012Сущность и методы литья металла под давлением. Технологический процесс формирования отливки, оборудование и инструменты. Общая характеристика литья под низким давлением. Преимущества и недостатки способа, область применения. Режимы получения отливки.
реферат [1,4 M], добавлен 04.04.2011Исходные данные для расчета тепловых потерь печи для нагрева под закалку стержней. Определение мощности, необходимой для нагрева, коэффициент полезного действия нагрева холодной и горячей печи. Температура наружной стенки и между слоями изоляции.
контрольная работа [98,4 K], добавлен 25.03.2014Экспериментальное сравнение индукционной и ультразвуковой стимуляции дефектов в активном тепловом контроле для обнаружения трещин в объектах из электропроводящих материалов. Использование индукционного нагрева (индукционная инфракрасная термография).
статья [914,9 K], добавлен 03.06.2014Полимеры линейной или разветвленной структуры, лежащие в основе термопластичных пластмасс. Пластификаторы, добавляемые в состав полимеров. Ограниченная рабочая температура термопластов. Неполярные термопластичные пластмассы. Легирующие составляющие стали.
курсовая работа [34,9 K], добавлен 21.12.2009Изучение методов моделирования в металлургии, понятие эксперимента и условия его проведения. Основные уравнения современной вычислительной гидрогазодинамики. Проведение моделирования нагрева одной, двух, четырех заготовок в печи высокоточного нагрева.
дипломная работа [11,6 M], добавлен 22.07.2012
