Помощь студентам в учебе
Разработка технологии изготовления стеклонаполненных пенополиуретанов на ООО «Автотехник»
|
Введение
Содержание
Глава 1 Анализ предметной области
1.1 Применение полимерных материалов в автомобилестроении
1.2 Применение пенополиуретанов для изделий в автомобилестроении
1.3 Производство стеклонаполненных пенополиуретанов
Выводы по главе 1
Глава 2 Материалы и методы исследований
2.1 Характеристика применяемых материалов
2.2 Методы исследований стеклонаполненных пенополиуретанов
2.3 Статистическая обработка результатов испытаний
Глава 3 Исследования физико-механических свойств
3.1 Исследование теплостойкости
3.2 Исследование устойчивости материала к воздействию температуры
3.3 Исследование ударной вязкости
3.4 Исследование твердости по Шору D
3.5 Исследование коэффициента звукопоглощения
3.6 Исследование реологических свойств
3.7 Исследование стойкости к ультрафиолетовому излучению
Выводы по главе 3
Глава 4 Разработка технологии изготовления стеклонаполненных пенополиуретанов
4.1 Разработка технологического процесса
4.2 Разработка технологической оснастки 65
4.3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 66
4.4 Проектирование участка изготовления стеклонаполненных
пенополиуретанов 75
Выводы по главе 4 77
Глава 5 Разработка мероприятий по контролю качества с применением семи
инструментов качества 79
5.1 Блок-схема процесса 80
5.2 Диаграмма Парето 80
5.3 Причинно-следственная диаграмма 82
5.4 Диаграмма рассеяния - разброса 83
5.5 Гистограмма 85
5.6 Контрольные карты управляемости 86
5.7 Контрольные листки 88
5.8 Разработка мероприятий по контролю качества 89
Выводы по главе 5 90
Глава б Разработка мероприятий по БЖД 92
6.1 Расчет вентиляции 92
Выводы по главе 6 94
Глава 7 Расчет экономической эффективности 95
7.1 Исходные данные 95
7.2 Расчет технологического процесса изготовления стеклонаполненных пенополиуретанов 96
Выводы по главе 7 99
Заключение 100
Список использованных источников 102
Приложение 107
Содержание
Глава 1 Анализ предметной области
1.1 Применение полимерных материалов в автомобилестроении
1.2 Применение пенополиуретанов для изделий в автомобилестроении
1.3 Производство стеклонаполненных пенополиуретанов
Выводы по главе 1
Глава 2 Материалы и методы исследований
2.1 Характеристика применяемых материалов
2.2 Методы исследований стеклонаполненных пенополиуретанов
2.3 Статистическая обработка результатов испытаний
Глава 3 Исследования физико-механических свойств
3.1 Исследование теплостойкости
3.2 Исследование устойчивости материала к воздействию температуры
3.3 Исследование ударной вязкости
3.4 Исследование твердости по Шору D
3.5 Исследование коэффициента звукопоглощения
3.6 Исследование реологических свойств
3.7 Исследование стойкости к ультрафиолетовому излучению
Выводы по главе 3
Глава 4 Разработка технологии изготовления стеклонаполненных пенополиуретанов
4.1 Разработка технологического процесса
4.2 Разработка технологической оснастки 65
4.3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 66
4.4 Проектирование участка изготовления стеклонаполненных
пенополиуретанов 75
Выводы по главе 4 77
Глава 5 Разработка мероприятий по контролю качества с применением семи
инструментов качества 79
5.1 Блок-схема процесса 80
5.2 Диаграмма Парето 80
5.3 Причинно-следственная диаграмма 82
5.4 Диаграмма рассеяния - разброса 83
5.5 Гистограмма 85
5.6 Контрольные карты управляемости 86
5.7 Контрольные листки 88
5.8 Разработка мероприятий по контролю качества 89
Выводы по главе 5 90
Глава б Разработка мероприятий по БЖД 92
6.1 Расчет вентиляции 92
Выводы по главе 6 94
Глава 7 Расчет экономической эффективности 95
7.1 Исходные данные 95
7.2 Расчет технологического процесса изготовления стеклонаполненных пенополиуретанов 96
Выводы по главе 7 99
Заключение 100
Список использованных источников 102
Приложение 107
Актуальность темы. На основе синтетических смол, каучуков и высокомолекулярных соединений изготовляются сотни марок эластичных и жестких газонаполненных материалов, которые используются во всех отраслях промышленности и строительства [1]. К настоящему времени проведено большое количество исследований по разработке новых составов пенополиуретанов (ППУ), связанных со снижением их себестоимости, упрощением технологий, понижением токсичности в производстве, а также возможностью эксплуатации в широком температурном диапазоне. Благодаря большому количеству исходных компонентов можно в широком интервале варьировать свойствами полученных ППУ [2].
Сфера использования пенополиуретана очень широка. Пенополиуретаны выполняют различные функции, такие как шумоизоляция, теплоизоляция, обеспечение внутренней и наружной безопасности, экономичность в эксплуатации, повышение комфортабельности, возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне и т.д. Также стало возможным использовать пенополиуретаны в качестве конструкционных материалов, для этого необходимо наполнять данные 11У стекловолокном.
Стеклонаполненные пенополиуретаны позволяют изготавливать крупногабаритные элементы с многослойной структурой, составленной из различных комбинаций твердого полиуретана, твердого и пористого полиуретана, твердого и пористого полиуретана и коротких стекловолокон для удовлетворения различных функциональных и эстетических требований в разных областях применения. Целевым рынком для этой технологии является тот, который в настоящее время использует стекловолокнистые полиэфиры для повышения прочности крупногабаритных элементов, которые изготовлены методом штамповки или термоформования из листов ABS (сополимер акрила, бутадиена и стирола) и акрила (полиметилметакрилат). Возможность исключения мономера стирола и других подобных растворителей в крупносерийном производстве в настоящее время является не только экономическим преимуществом, но также и важным фактором с точки зрения гигиены и охраны труда рабочих и безопасности окружающей среды. Таким образом, его широко применяют в автомобильной отрасли: в грузовых и коммерческих автомобилях (например, каркасы, ТШИ экрана и т.д.)[3].
Из стеклонаполненного 1П1У изготавливаются шумоизоляционные экраны двигателя КАМАЗа. Экран позволяет обеспечить достаточную защиту от шумового загрязнения и обеспечить более комфортные условия для управления транспортным средством. Изделие обладает высокими звукопоглощающими характеристиками благодаря новой технологии LFI, с применением которой производится каркас шумозащитного экрана. Уровень звукоизоляции двигателя КАМАЗа с помощью такого специального экрана из волокнистого материала соответствует требованиям стандартов защиты от шума, так как деталь обеспечивает оптимальное звукопоглощение. Кроме защиты от сильного шума использование экранов также позволяет обеспечить термоизоляцию силового агрегата. Высокая прочность и износостойкость гарантируют длительный срок эксплуатации детали, а малый вес и грамотно спроектированная конструкция позволяют легко устанавливать шумоизоляционный экран [3].
Таким образом, работа посвящена оптимизации физико-механических свойств пенополиуретанов с использованием в качестве наполнителя стеклоровинг.
Целью дипломного проекта является разработка технологии изготовления стеклонаполненных пенополиуретанов для изделий автомобилестроения на основе проведенных комплексных исследований, включающих определение физико-механических свойств (теплостойкость, ударная вязкость, устойчивость материала к воздействию температуры, твердость по Шору D) по ТУ 2292-010-14682925-2014 [4], коэффициента звукопоглощения (Кз), реологических свойств и стойкости к ультрафиолетовому излучению.
Для достижения цели данной работы были поставлены следующие задачи:
1) Анализ предметной области, включающий изучения полимерных и пенополиуретановых материалов в автомобилестроение, также изучения стеклонаполненных пенополиуретанов.
2) Выбор материалов и оборудования для проведения исследований.
3) Исследование физико-механических свойств: теплостойкость,
устойчивость материала к воздействию температуры, ударная вязкость, твердость по Шору И, коэффициент звукопоглощения, реологические свойства, стойкость к ультрафиолетовому излучению.
4) Разработка технологии изготовления стеклонаполненных ППУ.
Сфера использования пенополиуретана очень широка. Пенополиуретаны выполняют различные функции, такие как шумоизоляция, теплоизоляция, обеспечение внутренней и наружной безопасности, экономичность в эксплуатации, повышение комфортабельности, возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне и т.д. Также стало возможным использовать пенополиуретаны в качестве конструкционных материалов, для этого необходимо наполнять данные 11У стекловолокном.
Стеклонаполненные пенополиуретаны позволяют изготавливать крупногабаритные элементы с многослойной структурой, составленной из различных комбинаций твердого полиуретана, твердого и пористого полиуретана, твердого и пористого полиуретана и коротких стекловолокон для удовлетворения различных функциональных и эстетических требований в разных областях применения. Целевым рынком для этой технологии является тот, который в настоящее время использует стекловолокнистые полиэфиры для повышения прочности крупногабаритных элементов, которые изготовлены методом штамповки или термоформования из листов ABS (сополимер акрила, бутадиена и стирола) и акрила (полиметилметакрилат). Возможность исключения мономера стирола и других подобных растворителей в крупносерийном производстве в настоящее время является не только экономическим преимуществом, но также и важным фактором с точки зрения гигиены и охраны труда рабочих и безопасности окружающей среды. Таким образом, его широко применяют в автомобильной отрасли: в грузовых и коммерческих автомобилях (например, каркасы, ТШИ экрана и т.д.)[3].
Из стеклонаполненного 1П1У изготавливаются шумоизоляционные экраны двигателя КАМАЗа. Экран позволяет обеспечить достаточную защиту от шумового загрязнения и обеспечить более комфортные условия для управления транспортным средством. Изделие обладает высокими звукопоглощающими характеристиками благодаря новой технологии LFI, с применением которой производится каркас шумозащитного экрана. Уровень звукоизоляции двигателя КАМАЗа с помощью такого специального экрана из волокнистого материала соответствует требованиям стандартов защиты от шума, так как деталь обеспечивает оптимальное звукопоглощение. Кроме защиты от сильного шума использование экранов также позволяет обеспечить термоизоляцию силового агрегата. Высокая прочность и износостойкость гарантируют длительный срок эксплуатации детали, а малый вес и грамотно спроектированная конструкция позволяют легко устанавливать шумоизоляционный экран [3].
Таким образом, работа посвящена оптимизации физико-механических свойств пенополиуретанов с использованием в качестве наполнителя стеклоровинг.
Целью дипломного проекта является разработка технологии изготовления стеклонаполненных пенополиуретанов для изделий автомобилестроения на основе проведенных комплексных исследований, включающих определение физико-механических свойств (теплостойкость, ударная вязкость, устойчивость материала к воздействию температуры, твердость по Шору D) по ТУ 2292-010-14682925-2014 [4], коэффициента звукопоглощения (Кз), реологических свойств и стойкости к ультрафиолетовому излучению.
Для достижения цели данной работы были поставлены следующие задачи:
1) Анализ предметной области, включающий изучения полимерных и пенополиуретановых материалов в автомобилестроение, также изучения стеклонаполненных пенополиуретанов.
2) Выбор материалов и оборудования для проведения исследований.
3) Исследование физико-механических свойств: теплостойкость,
устойчивость материала к воздействию температуры, ударная вязкость, твердость по Шору И, коэффициент звукопоглощения, реологические свойства, стойкость к ультрафиолетовому излучению.
4) Разработка технологии изготовления стеклонаполненных ППУ.
На сегодняшний день в автомобильной отрасли отдается большее предпочтение полимерным материалом, нежели металлу, дереву и стеклу. Пенополиуретаны выполняют различные функции, такие как шумоизоляция, теплоизоляция, обеспечение внутренней и наружной безопасности, экономичность в эксплуатации, повышение комфортабельности, возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне и т.д. А благодаря, введению стекловолокна, возможно, использовать пенополиуретаны в качестве конструкционных материалов.
Были исследованы эксплуатационные свойства стеклонаполненных пенополиуретанов. Выявлено:
— высокая теплостойкость;
— стойкость к воздействию температуры, разрушение происходит только на дефектных участках;
— стойкость к ударной вязкости;
— твердость по Шору D составляет 44-60 единиц;
— максимальный коэффициент звукопоглащения достигается в среднечастотном диапазоне - 1600 Гц;
— при нагрузках обладает упругой деформацией;
— стойкий к ультрафиолетовому излучению.
Разработан технологический процесс производства, включающий в себя следующие операции: комплектовочная, подготовительная, формовочная, съем изделия с оснастки, обрезочная, сборочная, контрольная, упаковка, маркировка, транспортировка готовой продукции.
Разработана технологическая оснастка для изготовления теплошумоизоляционного экрана двигателя КАМАЗа.
Оснастка изготавливается из МДФ. Произведен выбор основного и вспомогательного оборудования. На данном участке будет установлены следующие единицы оборудования: заливочная машина KraussMaffie и машина для обрезки облоя (РТК АС-РБ-150Г120Ф). Разработана планировка участка площадь, которой составляет 432м3.
После изготовления пробной партии были выявлены дефекты при производстве стеклонаполненных пенополиуретанов: отклонение от твердости, разнотолщинность, размягчения, качество материала, пористость, неравномерное распределение стеклоровинга, вмятины, вздутия, расслоения. Наибольшее количество дефектной продукции связано с операциями, где происходит подготовка компонентов, их смещения и дальнейшее формование, а в частности операции подготовительная и формовочная.Потери, которые несет производство от дефектов: отклонение по твердости и разнотолщинность. На основе проведенного анализа были скорректированы режимы технологического процесса и тем самым устранены выявленные дефекты.
На рабочем месте выявлены негативные факторы производственной среды, это выделение в воздушную среду производственного помещения фенилизоционата. Для поддержания нормированной концентрации фенилизоционата необходимо кроме общей вентиляции устанавливать местную. Объём вентиляции воздухообмена при контактном формовании составляет 1700 м3/ч.
Рассчитана стоимость производства теплошумоизоляционных экранов двигателя КАМАЗа. Стоимость одной детали составляет 6000 руб./шт.
Были исследованы эксплуатационные свойства стеклонаполненных пенополиуретанов. Выявлено:
— высокая теплостойкость;
— стойкость к воздействию температуры, разрушение происходит только на дефектных участках;
— стойкость к ударной вязкости;
— твердость по Шору D составляет 44-60 единиц;
— максимальный коэффициент звукопоглащения достигается в среднечастотном диапазоне - 1600 Гц;
— при нагрузках обладает упругой деформацией;
— стойкий к ультрафиолетовому излучению.
Разработан технологический процесс производства, включающий в себя следующие операции: комплектовочная, подготовительная, формовочная, съем изделия с оснастки, обрезочная, сборочная, контрольная, упаковка, маркировка, транспортировка готовой продукции.
Разработана технологическая оснастка для изготовления теплошумоизоляционного экрана двигателя КАМАЗа.
Оснастка изготавливается из МДФ. Произведен выбор основного и вспомогательного оборудования. На данном участке будет установлены следующие единицы оборудования: заливочная машина KraussMaffie и машина для обрезки облоя (РТК АС-РБ-150Г120Ф). Разработана планировка участка площадь, которой составляет 432м3.
После изготовления пробной партии были выявлены дефекты при производстве стеклонаполненных пенополиуретанов: отклонение от твердости, разнотолщинность, размягчения, качество материала, пористость, неравномерное распределение стеклоровинга, вмятины, вздутия, расслоения. Наибольшее количество дефектной продукции связано с операциями, где происходит подготовка компонентов, их смещения и дальнейшее формование, а в частности операции подготовительная и формовочная.Потери, которые несет производство от дефектов: отклонение по твердости и разнотолщинность. На основе проведенного анализа были скорректированы режимы технологического процесса и тем самым устранены выявленные дефекты.
На рабочем месте выявлены негативные факторы производственной среды, это выделение в воздушную среду производственного помещения фенилизоционата. Для поддержания нормированной концентрации фенилизоционата необходимо кроме общей вентиляции устанавливать местную. Объём вентиляции воздухообмена при контактном формовании составляет 1700 м3/ч.
Рассчитана стоимость производства теплошумоизоляционных экранов двигателя КАМАЗа. Стоимость одной детали составляет 6000 руб./шт.