13_garbacz t_po from - Polimery i Kompozyty Konstrukcyjne 2017

Tomasz GARBACZ*
Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Zamościu,
Instytut Przyrodniczo-Techniczny
E-mail: [email protected]
WYTŁACZANIE Z ROZDMUCHIWANIEM W FORMIE - OCENA
JAKOŚCI ZBIORNIKÓW PALIWOWYCH
Streszczenie. W artykule przedstawiono wyniki wpływu wybranych warunków
przetwórstwa na poprawność procesu wytwarzania zbiornika paliwowego samochodu
dostawczego Lublin. Jako kryterium oceny jakości przyjęto cięŜar zbiorników,
wytworzonych metodą wytłaczania z rozdmuchiwaniem w formie, z polietylenu
średniej gęstości. Zbiorniki zostały wytworzone w typowych dla tego procesu
technologicznego warunkach. Na podstawie otrzymanych wyników badań oraz biorąc
pod uwagę otrzymane ustalenia statystyczne sporządzono teoretyczny rozkład
prawdopodobieństwa, według krzywej Gaussa, otrzymanych wyników. Rozkład ten jest
rozproszony i przesunięty. Dlatego teŜ, wydaje się potrzebne skorygowanie warunków
technologicznych procesu wytłaczania z rozdmuchiwaniem poprzez zmianę wartości
skoku tłoka komory wyrównawczej głowicy, w celu zwiększenia masy tworzywa
wytłaczanego podczas jednego cyklu procesu technologicznego.
EXTRUSION BLOW MOLDING - QUALITY ASSESSMENT OF THE
FUEL TANKS
Summary. The results of the research of the influence of selected processing
conditions on the correctness of the production process of the main fuel tanks of the
delivery truck Lublin were presented. As a criterion of quality assessment the weight
of fuel tanks was assumed. The fuel tank was produced by the blow molding method
from medium density polyethylene. The fuel tank was produced on the blowing
extrusion technological line made by Uniloy company, type M 100S. Fuel tanks were
made in conditions typical for this technological process. On the basis of the received
results of the research and taking into consideration received statistic settlements,
theoretical probability distribution, according to Gaussian curve, of the received results
was made. This distribution is dissipated and translated. That is why the correction
of the technological conditions of the blowing extrusion process through the change
of the value of the piston stroke of the surge chamber of the extruder die in order
to increase the extruded polymer mass during one cycle of the technological process
seems to be necessary.
124
T.Garbacz
1.CHARAKTERYSTYKA WYTŁACZANIA Z ROZDMUCHIWANIEM W FORMIE
Proces wytłaczania z rozdmuchiwaniem w formie jest procesem przetwórstwa tworzyw
polimerowych polegającym na wytworzeniu wytłoczyny w postaci rury (węŜa) a następnie
jego rozdmuchania w zamkniętej formie. W procesie wytłaczania z rozdmuchiwaniem
w formie uzyskuje się wytwory w sposób cykliczny, przy ciągłym wytłaczaniu półwyrobu
w postaci plastycznej rury [11, 12, 13].
W skład stanowiska technologicznego wytłaczania z rozdmuchiwaniem w formie
wchodzi: wytłaczarka, mająca jeden lub kilka układów uplastyczniających, głowica krzyŜowa
do wytłaczania lub współwytłaczania, urządzenie do rozdmuchiwania w skład którego
wchodzi forma do rozdmuchiwania oraz mechanizmy umoŜliwiające odcięcie i podawanie
półwyrobu do formy (rys. 1.) [1, 4, 7, 11, 12, 14].
Cechą charakterystyczną procesu jest jego etapowość. Pierwszym etapem (I)
jest wytłaczanie półwyrobu, które odbywa się w sposób ciągły, zaś etap drugi (II) stanowi
rozdmuchiwanie półwyrobu w formie, które jest etapem cyklicznym.
Rys.1. Schemat wytłaczania z rozdmuchiwaniem w formie: I – wytłaczanie, II – rozdmuchiwanie
w formie; 1- półwyrób, 2- głowica wytłaczarska, 3- forma rozdmuchowa, 4- trzpień
rozdmuchowy, 5- wyrób (pojemnik) [ 12]
Fig.1. The scheme of the blow moulding: I – extrusion, II – blow mould; 1- parison, 2- extruder die,
3- blow mould system, 4- blow pin, 5- molded part [12]
W metodzie tej otrzymujemy wyroby takie jak pojemniki, butelki, zabawki, kształtki
zamknięte, między innymi zbiorniki paliwowe [ 2, 6].
Zasadniczą zaletą zbiornika paliwowego z tworzyw, otrzymanego w procesie wytłaczania
z rozdmuchiwaniem, jest stosunkowo niewielki cięŜar. Przeciętna grubość ścianki zbiornika
wytworzonego z polietylenu wynosi około 4 mm. JednakŜe cięŜar takiego zbiornika
jest średnio 30% mniejszy od odpowiadającego mu rozmiarem zbiornika metalowego,
Wytłaczanie z rozdmuchiwaniem ...
125
o grubości ścianki 0,8 mm. Tworzywo, z którego wykonany jest zbiornik, charakteryzuje
się duŜą udarnością, równieŜ w niskiej temperaturze, duŜą wytrzymałością na rozciąganie,
odpornością na korozję, elastycznością i stabilnością cieplną, produkty natomiast
moŜliwością recyrkulacji materiałowej [2, 8, 14, 15].
Zbiornik paliwowy jest elementem mającym bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo
pojazdu podczas jego eksploatacji, w związku z tym proces jego wytwarzania powinien
spełniać dokładnie wymagania odpowiednich norm oraz cechować się duŜą dokładnością.
Podstawową wielkością globalnie charakteryzującą, w warunkach produkcyjnych,
wytwarzane zbiorniki jest ich cięŜar. Jego zmiany w sposób bezpośredni wpływają
na nominalną grubość ścianki zbiornika, co determinuje zmianę wymiarów i właściwości
uŜytkowych zbiorników.
Rys. 2. Wygląd przykładowych zbiorników paliwowych wytwarzanych przez Inergy Automotive
Systems Poland w Lublinie
Fig. 2. Appereance of the fuel tank made by Inergy Automotive Systems Poland from Lublin
Normy jakościowe określają liczne wymagania w stosunku do wytworów, otrzymanych
metodą wytłaczania z rozdmuchiwaniem w formie, a jednym z najistotniejszych elementów
oceny jakości jest kryterium wytrzymałościowe. Narzuca ono konieczność właściwego
doboru tworzywa do przetwórstwa, metody oraz warunków przetwórstwa, konstrukcji
narzędzia, moŜliwości przetwórczych maszyny oraz innych czynników.
Wielkościami istotnymi z punktu widzenia poprawności wykonania wytworu
oraz bezpośrednio związanymi z procesem późniejszego montaŜu są grubości ścianek
wytworu oraz jego cięŜar [5, 6, 7].
126
T.Garbacz
2. CHARAKTERYSTYKA PROWADZONYCH BADAŃ
CięŜar jest wielkością istotną z punktu widzenia poprawności wykonania wytworu.
Oznaczanie cięŜaru moŜe być miernikiem jakości i poprawności procesu przetwórstwa, gdyŜ
przy odpowiednio dobranych warunkach przetwórstwa otrzymuje się wytwory o określonym
cięŜarze, charakteryzujące się dobrymi właściwościami mechanicznymi i uŜytkowymi
w załoŜonym przez konstruktora polu tolerancji [3, 8, 10].
Do badań oceny jakości wytworów z tworzyw przyjęto cięŜar zbiorników paliwowych
samochodu dostawczego. Zbiornik, przedstawiony na rysunku 3, jest wytwarzany
w przedsiębiorstwie Inergy Automotive Systems Poland w Lublinie. Utrzymywanie cięŜaru
zbiorników w ściśle określonym przedziale wartości jest, zatem niezbędnie konieczne.
Producent wyznaczył doświadczalnie przedział wartości cięŜaru zbiorników, otrzymywanych
w przedstawionym procesie przetwórstwa, który wynosi 8,4÷8,6 kg. Przy wyznaczaniu
przedziału cięŜaru zbiornika uwzględnione zostały między innymi kryteria konstrukcyjne,
technologiczne i ekonomiczne. Przy ograniczeniach narzuconych przez konstrukcję formy
oraz określonym przedziale zmian warunków przetwórstwa, jest konieczny wybór jednego
z parametrów moŜliwego do regulowania najmniejszym kosztem. W warunkach zakładu
przemysłowego, w przypadku określonej maszyny i narzędzia, warunki ekonomiczne
nakazują, bowiem jak najszybsze przeprowadzenie korekty warunków przetwórstwa
w celu zapewnienia uzyskiwania wytworów o wymaganych właściwościach.
3
2
1
525
4
1140
Rys. 3. Zbiornik paliwowy samochodu Lublin: 1- króciec wlewu paliwa, 2- króciec odpowietrzający,
3- króciec czujnika ilości paliwa, 4- króciec przelewowy
Fig. 3. The fuel tank of delivery truck Lublin: 1 – stub of the fuel filler, 2 – venting stub, 3 – stub
of the fuel amount sensor, 4 – overflow stub
Wytłaczanie z rozdmuchiwaniem ...
127
Zbiorniki wytworzono w linii technologicznej z rozdmuchiwaniem firmy Uniloy, typ MS
100, składającej się z dwóch wytłaczarek jednoślimakowych, głowicy wytłaczarskiej
z komorą wyrównawczą, układu odcinająco-podającego, układu formy rozdmuchowej oraz
układu odbierającego. Zbiorniki zostały wytworzone w typowych dla tego procesu
technologicznego warunkach. Temperatura w poszczególnych strefach układu
uplastyczniającego wynosiła 100, 210, 200, 1900C, a temperatura w strefach głowicy
wytłaczarskiej była równa 215 i 2100C. Całkowity czas cyklu procesu wytłaczania
z rozdmuchiwaniem wynosił 164 s.
Oddziaływanie na cięŜar zbiornika oraz na grubość jego ścianek odbywało się przede
wszystkim w głowicy wytłaczarskiej poprzez odpowiedni rozkład grubości ścianki
wytłoczyny opuszczającej głowicę. Układ sterowania głowicy z komorą wyrównawczą
zadawał 48 przedziałów czasowych procesu wytłaczania powodujących zmianę grubości
ścianki wytłoczyny. Badania oceny jakości polegały na pomiarze cięŜaru zbiorników, analizie
otrzymanych rezultatów i wyciąganiu wniosków. Do badań wykorzystano 500 sztuk
zbiorników wytworzonych kolejno, przy przedstawionych powyŜej warunkach procesu
technologicznego. Pomiary cięŜaru przeprowadzano niezwłocznie po opuszczeniu gniazda
formy przez zbiorniki, za pomocą wagi elektronicznej TP – 15/11, o zakresie waŜenia 0÷15
kg z dokładnością ± 5 g. Przyjęta dokładność pomiaru odpowiadała obowiązującym normom.
3. WYNIKI BADAŃ I ICH OMÓWIENIE
Na rysunku 4 przedstawiono otrzymane wyniki.
a)
b)
113
0,25
n i/n
0,2
106
100
82
81
częstość próby
liczebność próby
120
80
60
38
40
22
20
0
0
8,38
3
11
0,15
0,1
30
0,05
10
8,42 8,46
8,5
8,54
8,58
Przyjęty przedział cięŜaru zbiorników
4
0
8,62
x, kg
0
8,37
8,41
8,49
8,53
8,45
cięŜar zbiorników
8,57
x, kg
Rys.4. Wykres rozkładu wartości cięŜaru zbiorników paliwowych w postaci histogramu i funkcję
rozkładu prawdopodobieństwa
Fig. 4. The distribution curve of the value of fuel tanks weight in a histogram form and probability
distribution function
128
T.Garbacz
&,
Po zwaŜeniu zbiorników wyznaczano między innymi średnią arytmetyczną &x&
odchylenie standardowe S, współczynnik wariancji V. Na rysunku 4 przedstawiono
przykładowo w postaci histogramu zaleŜność rozkładu wartości cięŜaru zbiorników
od liczebności przeprowadzonej próby oraz przyjęty przedział cięŜaru zbiorników
Na podstawie otrzymanych wyników badań oraz biorąc pod uwagę ustalenia
statystyczne, sporządzono teoretyczny rozkład prawdopodobieństwa, otrzymanych wyników
(rys. 4). Rozkład ten jest rozproszony i przesunięty. Konieczne jest zatem przeprowadzenie
korekty przesunięcia średniej wartości cięŜaru zbiorników względem środka pola tolerancji.
Dlatego teŜ, wydaje się potrzebne skorygowanie stosowanych warunków technologicznych
procesu wytłaczania z rozdmuchiwaniem poprzez zmianę wartości skoku tłoka komory
wyrównawczej głowicy, w celu zwiększenia masy tworzywa wytłaczanego podczas jednego
cyklu procesu technologicznego.
Przeprowadzona analiza wpływu warunków przetwórstwa na cięŜar otrzymanych
zbiorników pozwala wnioskować, Ŝe pomiar i analiza cięŜaru, jako kryterium oceny jakości
są bardzo przydatne podczas kontroli w warunkach produkcyjnych i winny być
wykorzystywane w zakładach przemysłowych.
BIBLIOGRAFIA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Colwin R.: Modern Plastics International 1998, 28, 6, 60.
Daubenbüchel W.: Kunststoffe 1992, 82, 201.
Gościcki K., Sikora R., Sarna G.: Patent polski 173593 (1994).
Grande J.: Modern Plastics International 1996, 26, 4, 74.
Hawrylecka U., Sikora R.: Polimery 1994, 39, 34.
Lutomirski S., Ładysz M.: Polimery 1994, 39, 38.
Menes - Malinowska I., śenkiewicz M.: Polimery 1989, 34, 539.
Norma C.L. Practical guide to blow molding. Smithers Rapra Technology, 2006.
Pepliński K., Bieliński M.: InŜynieria i Aparatura Chemiczna 2008, 3, 8.
Pepliński K., Bieliński M.: Polimery 2009, 54, 6, 44.
Rosato D. V.: Blow Molding Handbook. Hanser Publishers, Munich, Vienna 2004.
Sikora R.: Przetwórstwo Tworzyw Polimerowych. Podstawy logiczne, formalne
i terminologiczne, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2006.
13. Sikora R.: Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych, Wydawnictwo Edukacyjne,
Warszawa 1993.
14. Szczepański, K.: Modelowanie zjawisk zachodzących podczas procesu wytłaczania
z rozdmuchiwaniem tworzyw termoplastycznych. Zeszyty Naukowe. Chemia
i Technologia Chemiczna. Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy. 2006, 11,
159.
15. Wilczyński K. Mechanik 2008, 5-6, 462.