CC BY
34
is proposed. An analysis is made of the effect on the performance of the process of burning a hole on a modernized wire-cutting machine with CNC model A207.86 of the studied parameters. It was revealed that the rational length of the burned electrode section should not exceed the working stroke of the machine. In this connection, it was found that the magnitude of the combustion of the electrode is a limiting factor since reinstalling the electrode can significantly increase the technological processing time and affect the quality of hole formation. The trend lines of the studied parameters were built, which made it possible to develop a methodology that would allow rational selection of the electrode parameters, namely the length and wall thickness, taking into account the design features of the equipment and calculate the technological parameters for burning a hole on a modernized wire-cutting machine with model A 207.86 CNC..
Key words: EDM, CNC machine tool, electrode, feed rate, volume of material used.
Kutz Vadim Vasilievich, doctor of technical sciences, docent, professor, kuc-vadimayandex.ru, Russia, Kursk, South-Western State University,
Razumov Mikhail Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, mika 1984 a mail.ru, Russia, Kursk, South-Western State University,
Zubkov Dmitry Andreevich, student, dmitrij.zubkov. 2000a.bk. ru, Russia, Kursk, South-Western State University,
Byshkin Aleksey Sergeevich, student, I2255arambler. ru, Russia, Kursk, SouthWestern State University,
Nestruev Andrey Aleksandrovich, postgraduate, gladfilatayandex.ru, Russia, Kursk, South-Western State University
УДК 621.9; 663
АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УПАКОВЫВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
О.Д. Рожкова
Проведен анализ рынка по использованию полимерных материалов для упаковки различных изделий, выявлены наиболее широко применяемые виды упаковки и полимерные материалы для ее изготовления, проанализированы основные свойства этих материалов, влияющие на качество упаковывания изделий, характеризуемое надежностью и прочностью при сваривании.
Ключевые слова: полимерные пленки, упаковка, температуропроводность пленок.
В различных отраслях промышленности для производства различных видов тары при упаковывании продукции широко применяют полимерные материалы. Такая упаковка обладает легкостью, высокими барьерными свойствами и поэтому всё чаще при производстве изделий массовых производств заменяет картонно-бумажную, стеклянную и жестяную тару.
402
Анализ полимерных упаковочных материалов позволил выявить основные объемы их использования для некоторых видов упаковки (рис. 1).
ДОЛЯ Е упаковке, %
1 - Бутылки
2 - Контейнеры
3 - Ящики, ведра
4 - Укупорочные средства
5 - Гонкие контейнеры
6 - Экструзионные
покрытия
7 - Посуда одноразовая - Пленка
9 - Этикетки
10 - Блистерная упаковка
11 - Прочее
Рис. 1. Объемы использования различных полимерных материалов для некоторой тары: ПЭНП - полиэтилен низкой плотности; ПЭВП - полиэтилен высокой плотности, ПП - полипропилен; ПВХ - поливинилхлорид; ПС - полистирол; ПЭТФ - полиэтилентерефталат
Исследования рынка упаковки и упаковочных материалов показали, что большее распространение среди тары получили бутылки, для производства которых используется преимущественно ПЭТФ, ПЭВП и ПВХ, укупорочные средства из ПП, тонкостенные контейнеры и одноразовая посуда наибольшим образом из ПС, блистерная оболочка из ПВХ. Огромную долю в упаковочном производстве занимает упаковочная пленка, для изготовления которой применяют ПЭНП, ПЭВП, ПВХ и ПП [1].
Для получения тары из полимерных пленок и листов используют способы термоформования, сварки и склеивания. Как правило, это различные виды мягкой тары.
Основными критериями выбора того или иного материала являются его способность к свариванию или склейке, толщина и ширина полимерной пленки. Всё это обеспечит оптимальный расход упаковочных материалов.
Одним из основных критериев оценки свойств полимера в качестве листового материала является скорость его нагрева до температуры формования, которую можно выразить основным уравнением теплопроводности Фурье при условии отсутствия деформации и постоянстве коэффици-
dT d2T
ента теплопроводности является уравнение — = а——, подставив в кото-
dt dy
рое выражение для коэффициента а температуропроводности получим
403
_ 1 с12Т ж СП р ¿у2 '
где 1 - коэффициент теплопроводности; сп - удельная теплоемкость; р -плотность полимерного материала [2].
Проанализируем, как изменяется температуропроводность полимерного материала в зависимости от его основных свойств, изложенных в работе [3].
На рис. 2 представлены результаты теоретического исследования температуропроводности ПЭНП (рис. 2, а) и ПЭВП (рис. 2, б), а на рис. 3 -ПВХ, ПС и ПП в зависимости от их физических свойств.
Дж/'кгК Дж/кгК
а б
Рис. 2. Графики зависимости коэффициента температуропроводности от свойств полимера ПЭНП (а) и ПЭВП (б)
...ПП ПС ^ — t
ПВХ
900 950 1000 1050 1100 1150 1300 1250 Р 3
КГ'М
Рис. 3. График для определения коэффициента температуропроводности в зависимости от плотности полимеров
ПП, ПС и ПВХ
Графики позволяют оценить температуропроводность различных полимеров. Например, для ПЭВП с плотностью 980 кг/м3 и теплопроводностью 2000 Дж/кг К, получаем температуропроводность а = 1,6 10-3 м2/с (см. рис. 2, б). Для ПП с плотностью 900 кг/м3 а = 3,22 10-3 м2/с, а для ПП с плотностью 920 кг/м3 а = 3,18 10-3 м2/с (рис. 3).
404
С использованием полученных результатов можно гораздо быстрее оценить скорость нагрева листа полимера. Чем выше скорость нагрева, тем больше производительность упаковочного оборудования. Это необходимо учитывать при выборе полимера для тары.
Наиболее перспективное направление при производстве новых видов упаковки - это применение многослойных пленочных материалов. Это обусловлено возможностью комбинирования в одном упаковочном материале нескольких различных и оптимальных по свойствам различных полимеров и других материалов. Реализация метода соединения различных слоев в один материал обеспечивается технологией каширования с использованием клеев. Материалами для каширования могут служить любые рулонные материалы: бумага, алюминиевая фольга, полиамид, ПП, ПЭТФ, ПВХ, полиуретан, ПС, целлофан, ткани и различные нетканые материалы. Двухслойные материалы, полученные методом кэширования, могут также служить исходным материалом для получения трех- и многослойных пленок [4]. Эффективность процесса каширования во многом зависит от свойств соединяемых пленочных материалов.
Объединение нескольких компонентов в один упаковочный материал позволит добиться высокой герметичности упаковываемого изделия, особенно при розливе различных жидкостей. Но говорить о герметичной упаковке, отвечающей всем современным требованиям, возможно только при условии надежного и качественного сварного шва.
В работе [5] были проведены экспериментальные исследования прочности сварных швов материала БОПП/ПЭВД с печатью, полученного путем каширования с применением двухкомпонентного полиуретанового клея. Была получена зависимость прочности сварных швов в зависимости от температуры сварки, давления прижима сварочных губок и времени вы-
2 2
держки под давлением вида sp = a ■ t - b ■ t - c ■ P + d ■ P - f ■ T + g, в которой коэффициенты a, b, c, d, f, g получены экспериментальным путем. В работе были обнаружены условия, при которых прочность сварных швов материала БОПП/ПЭВД будет максимальной.
Проанализируем для указанного многослойного пленочного материала прочность сварных швов при других условиях. На рис. 4 показаны графики зависимости прочности сварных швов от температуры сварки, давления прижима сварочных губок и различных значениях времени выдержки под давлением.
Графики показывают, что при любом значении времени выдержки t в процессе сваривания под давлением максимальная прочность шва наблюдается при P = 50 psi, что соответствует 0,345 МПа и является оптимальным значением для указанного многослойного полимера. При этом чем больше время выдержки, тем сварной шов прочнее (рис. 4). Значение прочности сварного шва в зависимости от условий реализации процесса сварки можно определить с помощью построенных графиков и на основании этого выбрать оптимальные параметры процесса.
Рис. 4. Результаты прочности сварных швов от температуры сварки, давления прижима сварочных губок и времени выдержки под давлением для многослойного пленочного материала БОПП/ПЭВД
Таким образом, при выборе полимерного материала для упаковки изделия необходим многоуровневый анализ всего процесса создания тары. Решающими критериями выбора являются физико-механические свойства упаковочного материала, которые характеризуют его способность к свариванию или склейке и определяют оптимальные параметры фасовочно-упаковочного оборудования.
Список литературы
1. Пантюхина Е.В., Котляров В. С., Пантюхин О.В. Перспективные технологии изготовления пищевой упаковки: учебник. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 212 с.
2. Гоглачев А.В., Лойко А.Э. Теплофизика. Практические занятия и лабораторный практикум [Электронный ресурс]. URL: https://study. ur-fu.ru/Aid/Publication/13414/1/Goglachev Loyko.pdf (дата обращения: 21.01.2020).
3. Мельникова М.А. Полимерные материалы: свойства, практическое применение: учебное пособие. Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2013. 86 с.
4. Гарипова Г.И., Коваленко Ю.А., Нигметзянова А.М. Современные методы каширования полимерных композиционных материалов // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 18. С. 144-145.
5. Ефремов Н.Ф., Панина Н.Ю. Оптимизация технологии каширо-вания многослойных полимерных материалов // Переработка молока. 2010. № 1 (123). С. 10-12.
Рожкова Оксана Дмитриевна, магистрант, od.rozhkovaarmc-holding. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE MAIN PROPERTIES OF POLYMER FILM MA TERIALS FOR PRODUCT PACKAGING
O.D. Rozhkova
The article analyzes the market for the use ofpolymer materials for packaging various products, identifies the most widely used types ofpackaging and poly-dimensional materials for its manufacture, analyzes the main properties of these materials that affect the quality of packaging products, characterized by reliability and strength during welding.
Keywords: polymer films, packaging, thermal conductivity offilms.
Rozhkova Oksana Dmitrievna, masters, od. rozhkova@rmc-holding. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.373.8
СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ РОБОТИЗИРОВАННОГО ЛАЗЕРНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ЗАКАЛКИ
ИНСТРУМЕНТА
В.В. Звездин, Р.М. Хисамутдинов, С.С. Сыркин, Л. А. Симонова, Р.Р. Саубанов, И.Р. Шангараев
Рассмотрена автоматизация технологического процесса закалки режущей кромки фрезы с целью повышения её качества, для чего требуется введение в систему управления элементов технического зрения. Это обеспечивает прецизионное наведение фокуса лазерного излучения на зону обработки. Лазерная закалка является заключительной операцией в технологическом процессе восстановления режущей кромки зубьев фрезы, что повышает её износостойкость. Задача по закалке режущей кромки зубьев фрезы с получением заданных показателей качества решается за счет использования роботизированного лазерного технологического комплекса и прецизионного наведения фокуса лазерного излучения на точку начала обработки. Это осуществляется пьезоприводом и системой технического зрения.
Ключевые слова: лазерная термообработка, зуб фрезы, роботизированный лазерный технологический комплекс, прецизионное наведение фокуса ЛИ, пьезопривод, система технического зрения.
Одними из методов повышения качества изделий машиностроения являются упрочнение поверхности инструмента и повышение ее износостойкости за счет использования высококонцентрированных источников энергии [1, 3, 4]. При ускорении технологического процесса (ТП) резания износ режущей кромки инструмента повышается и снижается его стойкость. Стоит задача по восстановлению зубьев фрезы и повышению его стойкости. При этом необходимо получать заданные показатели качества (ПК) закалки.
