ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТА ДЛЯ ПЛАСТИКА РАЗНЫХ ВИДОВ
|
Введение
ГЛАВА 1. ОБЗОР 9
Сварка горячим газом 10
Сварка с помощью расплавленной присадки 12
Сварка нагретым инструментом 14
Сварка пластмасс трением 18
Ультразвуковая сварка пластмасс 21
Сварка пластмасс излучением 23
Сварка пластмасс в электрическом поле высокой частоты 26
Холодная сварка пластмасс 31
Требования к разрабатываемому устройству 31
Глава 2. АНАЛИЗ И ВЫБОР КОМПОНЕНТОВ 33
Нагреваемый инструмент 33
Управлением питанием, подаваемым на инструмент 33
Считывание температуры инструмента 35
Термоэлектрические датчики температуры (термопары) 36
Терморезистивные датчики 37
Полупроводниковые термодатчики 39
Акустические термодатчики 40
Пирометры (тепловизоры) 41
Пьезоэлектрические термодатчики 42
Ввод-вывод пользовательской информации 43
LCD дисплей 43
Светодиодный индикатор 44
Разработка функционального строения системы 44
Глава 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМОГО УСТРОЙСТВА 45
Разработка устройства 45
Разработка программного обеспечения 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 57
Приложение 1 60
Приложение 2 67
Приложение 3 67
ГЛАВА 1. ОБЗОР 9
Сварка горячим газом 10
Сварка с помощью расплавленной присадки 12
Сварка нагретым инструментом 14
Сварка пластмасс трением 18
Ультразвуковая сварка пластмасс 21
Сварка пластмасс излучением 23
Сварка пластмасс в электрическом поле высокой частоты 26
Холодная сварка пластмасс 31
Требования к разрабатываемому устройству 31
Глава 2. АНАЛИЗ И ВЫБОР КОМПОНЕНТОВ 33
Нагреваемый инструмент 33
Управлением питанием, подаваемым на инструмент 33
Считывание температуры инструмента 35
Термоэлектрические датчики температуры (термопары) 36
Терморезистивные датчики 37
Полупроводниковые термодатчики 39
Акустические термодатчики 40
Пирометры (тепловизоры) 41
Пьезоэлектрические термодатчики 42
Ввод-вывод пользовательской информации 43
LCD дисплей 43
Светодиодный индикатор 44
Разработка функционального строения системы 44
Глава 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМОГО УСТРОЙСТВА 45
Разработка устройства 45
Разработка программного обеспечения 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 57
Приложение 1 60
Приложение 2 67
Приложение 3 67
В современном мире пластмассы играют важную роль. Они применяются практически повсеместно из-за их характеристик [1]. Главные свойства пластмасс:
• под действием нагрева изменять форму и сохранять её после охлаждения;
• меньший вес изделий из-за плотности полимеров;
• устойчивость к коррозии, в отличие от металлов. Пластмассы делятся на несколько типов:
Термопласты – это полимеры, способные многократно преобразовываться при нагреве в высокоэластичное либо вязкотекучее состояние и в этой фазе перерабатываются в конечные изделия. По завершению изготовления изделия они обладают возможностью повторной переработки. Напри- мер: полиэтилен, полиметилметакрилат, полипропилен, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, поликарбонат, политетрафторэтилен, политрифторхлорэтилен, полиизобутилен, полистирол, полиамид, полиимид и другие полимеры. Однако существуют некоторые полимеры с линейной структурой макромолекул, но термопластичными не являются, так как температура их деструкции ниже температуры текучести. Ярким примером служит целлюлоза [2]. Термопласты бывают наполненными или однородными. Однородные термопласты также именуют смолами, которые, в свою очередь, подразделяют на природные и синтетические. Наполнители же значительно изменяют эксплуатационные и технологические свойства термопластов. Широкое применение получили стеклопластики (полимеры, наполненные стекловолокном), углепластики (полимеры, наполненные углеволокном), а также специальные пластики [3] (полимеры, наполненные разнообразными добавками – антипиренами, электропроводящими и антифрикционными добавками, антистатиками, износостойкими добавками и так далее)
Реактопласты - это полимерные материалы, которые при формовании в конечные изделия проходят необратимую химическую реакцию с образованием сшитой структурной сетки макромолекул (отверждение), в результате которой образуется неплавкий и нерастворимый полимер. По завершению отверждения изделия более не имеют возможности вторичной переработки, а при нагреве материал не становится пластичным, а лишь деструктирует или возгорается [2]. По виду применяемых основ реактопласты делят на фенопласты (основа - фенолформальдегидные смолы), имидопласты (основа – олигоимиды), эпоксипласты (основа - эпоксидные смолы), эфиропласты (основа - акриловые олигомеры), аминопласты (основа - мочевино- и меламино-формальдегидные смолы) [1]. Часто реактопластмассы в изделиях являются не чистыми полимерами (так как высоки усадочные процессы), а наполненными (композитными). Обычно они содержат такие наполнители как стекловолокно и другие волокнистые наполнители, сажу, мел, целлюлозу, древесную муку, кварцевый песок и другие [3]. Термореактивные материалы за счет сшитой трехмерной структуры, как правило, обладают более высокими показателями твёрдости, хрупкости и упругости, более низким коэффициентом теплового расширения, чем термопластичные материалы, имеют стойкость к органическим растворителям и слабым кислотным и щелочным средам. В отличие от термопластов, чаще всего, могут эксплуатироваться при более высоких температурах. Однако процессы переработки несколько более сложны и требуют соблюдения временных промежутков и температур, за пределами которых могут произойти необратимые реакции и, как следствие, получение брака изделий.
Основными недостатками пластмасс являются:
1) сравнительно низкий предел теплостойкости (80-200 0С);
2) малая твердость;
3) старение – постепенное разрушение и ухудшение качественных показателей. Для производства и ремонта пластмассовых изделий применятся сварка. Cварка пластмасс – это соединение полимерных деталей путем неполного расплавления, во время которого материал размягчается и перемешивается, образуя надежное соединение [2]. Сварка пластмасс может производиться разными способами. Существует два основных подхода — температурный и холодный [4]. Температурный основан на воздействии на пластик сравнительно высокой температуры (для разных пластиков своя температура). Принцип холодной сварки делится на два подвида:
1) Сваривание пластика расплавлением краев с помощью химических растворителей, недостатком является то что популярные полимеры такие как полиэтилен и полипропилен не поддаются этому способу, поэтому применяется редко.
2) Применение двухкомпонентного полимерного состава, по тому же принципу, что и у холодной сварки металла. Настоящим свариванием не является, но может обеспечить достаточно прочное, близкое к прочности соединяемых пластиковых поверхностей, соединение.
Сварка с помощью растворителя - относительно простой и недорогой метод, но из-за вреда растворителей для здоровья он применяется только в тех случаях, когда другие методы сварки непригодны [5].
Главные преимущества холодной сварки – относительная простота и возможность сделать все в домашних условиях без применения специального оборудования. К недостаткам стоит отнести довольно слабая сопротивляемость полученного соединения к вибрациям и ударам, а также полное отсутствие привлекательного внешнего вида.
Температурный способ является более надежным для сваривания термопластов. Для сварки необходимо чтобы температура нагревателя соответствовала температуре плавления термопласта [5].
Таким образом, целью выпускной квалификационной работы бакалавра является разработка программно-управляемого универсального сварочного аппарата для пластиков разных видов.
• под действием нагрева изменять форму и сохранять её после охлаждения;
• меньший вес изделий из-за плотности полимеров;
• устойчивость к коррозии, в отличие от металлов. Пластмассы делятся на несколько типов:
Термопласты – это полимеры, способные многократно преобразовываться при нагреве в высокоэластичное либо вязкотекучее состояние и в этой фазе перерабатываются в конечные изделия. По завершению изготовления изделия они обладают возможностью повторной переработки. Напри- мер: полиэтилен, полиметилметакрилат, полипропилен, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, поликарбонат, политетрафторэтилен, политрифторхлорэтилен, полиизобутилен, полистирол, полиамид, полиимид и другие полимеры. Однако существуют некоторые полимеры с линейной структурой макромолекул, но термопластичными не являются, так как температура их деструкции ниже температуры текучести. Ярким примером служит целлюлоза [2]. Термопласты бывают наполненными или однородными. Однородные термопласты также именуют смолами, которые, в свою очередь, подразделяют на природные и синтетические. Наполнители же значительно изменяют эксплуатационные и технологические свойства термопластов. Широкое применение получили стеклопластики (полимеры, наполненные стекловолокном), углепластики (полимеры, наполненные углеволокном), а также специальные пластики [3] (полимеры, наполненные разнообразными добавками – антипиренами, электропроводящими и антифрикционными добавками, антистатиками, износостойкими добавками и так далее)
Реактопласты - это полимерные материалы, которые при формовании в конечные изделия проходят необратимую химическую реакцию с образованием сшитой структурной сетки макромолекул (отверждение), в результате которой образуется неплавкий и нерастворимый полимер. По завершению отверждения изделия более не имеют возможности вторичной переработки, а при нагреве материал не становится пластичным, а лишь деструктирует или возгорается [2]. По виду применяемых основ реактопласты делят на фенопласты (основа - фенолформальдегидные смолы), имидопласты (основа – олигоимиды), эпоксипласты (основа - эпоксидные смолы), эфиропласты (основа - акриловые олигомеры), аминопласты (основа - мочевино- и меламино-формальдегидные смолы) [1]. Часто реактопластмассы в изделиях являются не чистыми полимерами (так как высоки усадочные процессы), а наполненными (композитными). Обычно они содержат такие наполнители как стекловолокно и другие волокнистые наполнители, сажу, мел, целлюлозу, древесную муку, кварцевый песок и другие [3]. Термореактивные материалы за счет сшитой трехмерной структуры, как правило, обладают более высокими показателями твёрдости, хрупкости и упругости, более низким коэффициентом теплового расширения, чем термопластичные материалы, имеют стойкость к органическим растворителям и слабым кислотным и щелочным средам. В отличие от термопластов, чаще всего, могут эксплуатироваться при более высоких температурах. Однако процессы переработки несколько более сложны и требуют соблюдения временных промежутков и температур, за пределами которых могут произойти необратимые реакции и, как следствие, получение брака изделий.
Основными недостатками пластмасс являются:
1) сравнительно низкий предел теплостойкости (80-200 0С);
2) малая твердость;
3) старение – постепенное разрушение и ухудшение качественных показателей. Для производства и ремонта пластмассовых изделий применятся сварка. Cварка пластмасс – это соединение полимерных деталей путем неполного расплавления, во время которого материал размягчается и перемешивается, образуя надежное соединение [2]. Сварка пластмасс может производиться разными способами. Существует два основных подхода — температурный и холодный [4]. Температурный основан на воздействии на пластик сравнительно высокой температуры (для разных пластиков своя температура). Принцип холодной сварки делится на два подвида:
1) Сваривание пластика расплавлением краев с помощью химических растворителей, недостатком является то что популярные полимеры такие как полиэтилен и полипропилен не поддаются этому способу, поэтому применяется редко.
2) Применение двухкомпонентного полимерного состава, по тому же принципу, что и у холодной сварки металла. Настоящим свариванием не является, но может обеспечить достаточно прочное, близкое к прочности соединяемых пластиковых поверхностей, соединение.
Сварка с помощью растворителя - относительно простой и недорогой метод, но из-за вреда растворителей для здоровья он применяется только в тех случаях, когда другие методы сварки непригодны [5].
Главные преимущества холодной сварки – относительная простота и возможность сделать все в домашних условиях без применения специального оборудования. К недостаткам стоит отнести довольно слабая сопротивляемость полученного соединения к вибрациям и ударам, а также полное отсутствие привлекательного внешнего вида.
Температурный способ является более надежным для сваривания термопластов. Для сварки необходимо чтобы температура нагревателя соответствовала температуре плавления термопласта [5].
Таким образом, целью выпускной квалификационной работы бакалавра является разработка программно-управляемого универсального сварочного аппарата для пластиков разных видов.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы бакалавра был разработан программно-управляемый универсальный сварочный аппарат для пластиков разных видов. Для сварки применен метод сварки пластиков с помощью нагретого инструмента. Основой устройства является микроконтроллер, обрабатывающий ввод температуры с помощью кнопок и эн- кодера и вывод информации на дисплей, а также управление нагревом с об- ратной связью по температуре инструмента. Одними из главных достоинств этого аппарата являются - установка температуры с точностью +-3 ℃ в диапазоне температур от 100 до 350 ℃ и применение блока управления почти с любым нагреваемым инструментом, при условии корректировки преобразования температуры в программе, если в инструменте используется другой термодатчик и минимальными изменениями в схеме устройства.
Цель работы достигнута: разработано устройство для сварки пластмасс и программное обеспечение для управления нагревом инструмента с возможностью ввода температуры и выводом текущих показаний на дисплей.
Цель работы достигнута: разработано устройство для сварки пластмасс и программное обеспечение для управления нагревом инструмента с возможностью ввода температуры и выводом текущих показаний на дисплей.