Женская грудь - идеальная упаковка для молока!

Контактно-тепловая сварка

Контактно-тепловую сварку нагретым инструментом осуще­ствляют с односторонним или с двусторонним нагревом (рис. 5.19). Учитывая, что при сварке мягкой тары толщина материа-

Контактно-тепловая сварка

Рис. 5.19. Схема контактно-тепловой сварки с односторонним (а) и двусторонним (б) нагревом: 1 — нагретый инструмент; 2 — прокладки; 3 — свариваемые материалы; 4 — холодный инструмент; Ти — температура нагретого инструмента; T2 — температура внешней поверхности изделия; Тс — температура свариваемых поверхностей; TA — температура холодного инструмента

Л а значительно меньше ширины и длины шва, можно считать тепловой поток от нагревателя 1 направленным в одну сторону вдоль оси у. Тогда все плоскости, параллельные плоскости шва и рабочей плоскости нагревателя, будут изотермическими повер­хностями. Температура этих поверхностей является функцией расстояния от нагревателя у, зависящей от времени T.

= а

Решение задачи определения температур изотермических поверхностей должно удовлетворять основному уравнению теплопроводности Фурье для одномерного теплового потока и некоторым условиям, характеризующим эту задачу [40]:

DT d2T

2- (5-2)

Dt dy

Где Т—температура, К; t—время; а—коэффициент темпера­туропроводности, м2/с; у — расстояние от верхней поверхнос­ти пленки, находящейся в контакте с нагревателем, м.

Время, необходимое для достижения какой-либо заданной температуры при нестационарных тепловых процессах, обрат­но пропорционально температуропроводности материала. Ко­эффициент температуропроводности а зависит от удельной теп­лоемкости с, плотности р и коэффициента теплопроводности X:

А = (5-3)

Чем больше коэффициент температуропроводности, тем меньше разность температур в различных местах внутри ма­териала при одинаковых внешних условиях его нагревания.

Теплофизические свойства термопластичных полимеров, необходимые для расчета их коэффициента температуропро­водности, приведены в табл. 5.2.

При заданном начальном распределении температуры в материале, известных условиях теплообмена на его границах, а также при условии, что теплофизические свойства материа­ла в процессе сварки остаются постоянными, можно рассчи­тать процесс распространения тепла. Решая уравнение (5.2), получаем выражение

Таблица 5.2

Теплофизическив свойства термопластичных полимеров

Термо­пластичный полимер

Температура текучести Гт, "С

Коэффициент теплопро­водности А., Вт/(м — град)

Удельная теплоемкость с, кД)^/(кг-фадГ

Коэффициент линейного тер­мического рас­ширения а, 10~4

ПЭНП

110

29,2-Ю-2

2,10-3,84

2,2

(от 0 до 50 вС)

ПЭВП

140

40,0-10"2

2,10-3,84

5,2

(от 50 до 100-С)

ПП

170

13,8-Ю-2

1,92

1.4-2,0

ПС

150

12,5-Ю-2

—-

0,6

ПММА

160-180

16,7-10"2

1,50

1.2

ПВХ

180

16,7-Ю-2

1,17

1,0

ПА

225-260

25,1-Ю-2

1,67

1.1

ПУ

190

31,4-Ю-2

1.4

ПЭТФ

280

13,8-10"2

1,04

ФП-4

>360

25,1-10"2

1,04

1,8

ФП-3

>270

5,8-10"2

0,92

Тн"тс _ 2 Г e-P’dfi

^ <5-4)

Где Тн — температура нагревателя; Т0 — начальная температу­ра материала; Тс — температура в искомой точке толщины ма­териала с координатой у.

Правая часть выражения (5.4) представляет собой интеграл вероятности

= (5.5)

Его числовое значение может быть найдено из таблиц теп — лофизических справочников.

Из-за низкой теплопроводности термопластов температура по толщине свариваемых деталей распределяется неравно­
мерно. На поверхности материала температура выше, чем в зоне сварки. Для достаточного разогрева зоны сварки темпе­ратура нагревательных элементов должна быть выше темпе­ратуры сварки. Скорость разогрева зависит от температуры инструмента, теплофизических свойств и толщины сваривае­мого материала.

Значительно улучшает условия сварки двусторонний на­грев материала (рис. 5.19, б). Он позволяет уменьшить время разогрева и понизить температуру инструмента.

Основное уравнение теплопроводности (5.2) при двусторон­нем нагреве принимает вид

Тн-Тс_ 4 ТИ~Т0 п

Пей 9 Ncd 25nat >

(5.6)

2 1 с2 1

Е 5 —е s +—е — 3 5

Где T — продолжительность нагрева, с: 5 — суммарная толщина материала в зоне сварки, м.

Числовое значение ряда в правой части уравнения (5.6) можно определить по справочникам.

Способы получения сварных соединений разделяют на не­прерывные и периодические.

При непрерывной контактно-тепловой сварке скорость перемещения материала относительно инструмента v опреде­ляется продолжительностью разогрева зоны сварки до требуе­мой температуры t

V = ~T> (5/7)

Где I — рабочая длина нагревателя.

В процессе непрерывной сварки температура по длине на­гревателя распределяется неравномерно. Передняя его часть, постоянно вступающая в контакт с холодным материалом, имеет более низкую температуру. Поэтому для нагрева свари­ваемого материала требуется больше времени, чем при шаго­вой сварке нагревателем, имеющим такую же. но равномерно распределенную температуру.

По конструктивному исполнению сварочного узла непре­рывную контактно-тепловую сварку подразделяют на ролико­вую и ленточную. При роликовой сварке соединяемый матери­ал пропускают через пару вращающихся нагретых роликов, один из которых прижимается с усилием, обеспечивающим требуемое контактное давление сварки (рис. 5.20). Ширина получаемого сварного шва задается шириной рабочей части роликов. Рабочая поверхность роликов может быть гладкой или рифленой с различным профилем. Ролики могут быть дос­таточно широкими в виде валиков, с углублениями различной конфигурации под упаковываемый штучный материал.

Ленточная сварка позволяет производить охлаждение сва­риваемого шва перед снятием давления. Схема ленточной сварки приведена на рис. 5.21. Зона сварки расположена между двумя парами соосно установленных вращающихся ва­лов, на которые надеты две непрерывные кольцевые металли­ческие ленты 2. Между ними подается свариваемый материал 1. Сварка осуществляется между нагревательными губками 3, передающими через ленту определенное давление сварки. За­тем между охлаждающими губками 4 под давлением происхо­дит охлаждение сварного шва.

Периодическая контактно-тепловая сварка включает операции подачи соединяемых материалов в зону сварки, прижим нагретым инструментом, нагрев, выдержку, охлажде­ние, отвод инструмента, удаление сваренных материалов.

Контактно-тепловая сварка

Рис. 5.20. Схемы роликовой контактно-тепловой сварки (а) и валков (б): 1 — свариваемый материал; 2 — нагретый ролик; 3 — прижимный ролик; 4 — сварной шов

Контактно-тепловая сварка

Рис. 5.21. Схема ленточной двусторонней контактно-тепловой сварки: 1 — свариваемый материал; 2 — стальная лента; 3 — нагревательные губки; 4 — охлаждающие губки; 5 — сварной шов

Период рабочего цикла машины Тц, осуществляющей пери­одическую сварку, составляет

Тц = ‘св + *х» (5.8)

Где — время, затраченное на сварку; ^ — время, затрачен­ное на холостые ходы в течение периода рабочего цикла.

Время, затраченное непосредственно на сварку, включает время нагрева t^, время выдержки ^ и время охлаждения £0ХЛ:

^св = ^н + + ^охл • (5-9)

Время, затраченное на холостые ходы, содержит время по­дачи материала в зону сварки Tn, время прижима и время отвода горячего инструмента время удаления сваренных материалов tyi

Tx=tn+tnp + TvT+ty (5.10)

Оценить степень совершенства технологии позволяют соот­ношения технологической производительности к и цикловой производительности Qu:

Jc = —; = —-— = Т)fc,

(5.12)

T т T +T

Ц ^cb

Где r — коэффициент производительности.

Л = —=———

(5.11)

Т ktv+l

Очевидно, что 0 < r < 1, причем У] = 1 при отсутствии холостых ходов, т. е. при предельном совершенстве технологии и машины.

Сварочным инструментом для получения прямолинейных швов обычно являются бруски из нержавеющей стали с тща­тельно полированной поверхностью. Их толщина равна шири­не сварочного шва. Они нагреваются чаще всего электричес­ким устройством.

Для получения швов различной конфигурации используют плоский сварочный инструмент в виде плит (рис. 5.22) с выс­тупающим профилем шириной Ь, равной ширине сварочного шва. Профиль может иметь гладкую или рифленую рабочую поверхность.

Для уменьшения нагрева материала в околошовной зоне, значительно понижающего прочность сварочного соединения, ширину инструмента увеличивают и снабжают его специаль-

А

Контактно-тепловая сварка

Отверстия для нагревателей

Контактно-тепловая сварка

Рис. 5.22. Плоские плиты для контактно-тепловой сварки с гладкой (а) и рифленой (б) поверхностями сварочного шва


Ными охлаждающими элементами или изоляционными плас­тинками (рис. 5.23).

С целью исключения прилипания свариваемого материа­ла к нагревателю, сварку часто осуществляют через раздели­тельные прокладки. Их обычно изготавливают из фтороплас — та-4, армированного стеклянной тканью, а также из поли — этилентерефталата, целлофана, кремнийорганической рези­ны. Вместо разделительных прокладок можно наносить на рабочие поверхности нагревателя тонкий слой антиадгези­онного состава на силиконовой основе. Однако этот слой не­обходимо часто восстанавливать, поскольку после каждого цикла сварки небольшое количество антиадгезионного со­става переходит в сварной шов.

Выбор технологических параметров сварки (температуры, давления и продолжительности) зависит в первую очередь от типа свариваемого материала, его толщины, а также от типа и конструктивных особенностей сварочного инструмента.

Мягкая тара изготавливается преимущественно из поли­мерных однослойных или многослойных материалов. Особен-

Контактно-тепловая сварка

Рис. 5.23. Схема контактно-тепловой сварки с теплоизолирующим (а) и охлаждающим (б) инструментами: 1 — нагреватель; 2 — теплоизоляционная пластинка; 3 — разделительная прокладка; 4 — свариваемый материал; 5 — охлаждаемый элемент

Ностью сварки тонких пленок является возможность их быст­рого прогрева. Поэтому инструмент при контактно-тепловой сварке можно нагревать до температур начала деструкции ма­териала. Однако это не сказывается на качестве сварки, по­скольку скорость деструкции ниже скорости сварки при ма­лых толщинах пленок.

Сварку пленок толщиной до 100-150 мкм можно проводить с односторонним нагревом. Более толстые пленки следует сва­ривать с двусторонним нагревом. С увеличением толщины пленок возрастает температура нагревательного элемента, но до известного предела, поскольку одновременно возрастает и время прогрева материала, что может привести к его деструк­ции (табл. 5.3) [40].

Скорость контактно- тепловой сварки возра­стает с повышением температуры нагрева­тельных элементов. На рис. 5.24 показана за­висимость скорости ро­ликовой сварки поли­этиленовой пленки от температуры нагрева­ющего ролика. Заштри­хованная область на графике соответствует оптимальным значе­ниям температур и ско­ростей сварки, при ко­торых получают каче­ственные сварные со­единения.

Скорость сварки, м/мин 20

Контактно-тепловая сварка

Рис. 5.24. Зависимость скорости контактно-тепловой сварки пленок ПЭ толщиной 60 Мкм От температуры нагрева ролика (усилие прижима ролика 40 Н, ширина шва 4 Мм)

16

12

8

О

160

200

240 °С

80

120

Прочность получае­мых сварных соедине­ний пленок при испы­тании на расслаива­ние составляет в сред­нем 60-70% от прочнос-

Режимы контактно-тепловой сварки пленок на машине МСП-1

Материал

Толщина пленки, мкм

Температура нагревательного инструмента, ‘С

Давление на свариваемый материал, МН/м2

Скорость сварки, м/мин

30

160-180

0,05-0,20

10-15

Полиэтилен,

45

190-200

//

8-12

Полипропилен

60

210-220

//

8-12

100

220-250

//

6-8

Фторлон

110

260

0,15-0,25

1-2

Ти основного материала. Одной из причин понижения прочности шва является перегрев зоны материала, непосредственно сопри­касающейся с нагретым инстру­ментом. В результате термодест­рукции прочность материала в этой зоне значительно уменьша­ется. Кроме того, перегрев приво­дит к повышенной деформации материала при его сдавливании сварочным инструментом. Воз­никающие наплывы являются концентраторами напряжений, снижающими прочность. При сварке ориентированных пленок основной причиной снижения прочности сварного шва являет­ся дезориентация полимера в зоне нагрева.

Контактно-тепловая сварка

Расстояние от нагретого инструмента, мм

Рис. 5.25. Зависимость

Таблица 5.3

В результате определения температуры поверхности по­лиэтиленовых пленок, контак­тирующей с нагревательным сварочным инструментом, ус­тановлено, что за время сварки температуры околошовной зоны Успевает прогреться лишь уз- пленок ПЭНП толщиной 100 мкм Кая полоска материала возле от расстояния до нагретого Сварного шва (рис. 5.25) [40]. инструмента и времени сварки

Leave a Reply

Name (required)


Mail (required)


Website



ТАРА И ЕЕ ПРОИЗВОДСТВО

Технология производства складных коробок из картона и гофрокартона

Процесс производства складных коробок из картона и гофро­картона представляет собой совокупность выполняемых в стро­го определенной последовательности наиболее распространен­ных в полиграфии технологических операций: печати текста и изображения, отделки внешней запечатанной поверхности, штанцевания, отделения технологических излишков материа­ла (облоя), отделения друг от друга индивидуальных заготовок коробок (раскроя), фальцовки, склеивания продольных швов, стапелирования и упаковки заготовок коробок (рис. 6.17) […]

Классификация по методам синтеза

Полимерные материалы получают различными методами синтеза — полимеризацией, поликонденсацией. Полимеризацией называют процесс получения высокомо­лекулярных веществ, при котором макромолекула образуется путем последовательного присоединения молекул одного или нескольких низкомолекулярных веществ (мономеров) к расту­щему активному центру. По числу участвующих в синтезе мономеров различают го — мополимеризацию (один мономер) и сополимеризацию (два и более). Полимеризация протекает без выделения побочных […]

Термоимпульсная сварка

По физической сущности термоимпульсная сварка являет­ся разновидностью контактно-тепловой сварки. Принципи­альным отличием термоимпульсной сварки является исполь­зование малоинерционного нагревателя с высоким электри­ческим сопротивлением. Такие нагреватели в виде узких ме­таллических лент или проволоки разогреваются за доли се­кунды за счет подаваемого на них импульса тока. Благодаря такой скорости температуру нагревателя можно ограничить температурой деструкции полимера (рис. 5.26). После отключения […]