Женская грудь - идеальная упаковка для молока!

Основы расчета Сварных соединений на прочность

11ри проектировании сварной конструкции мягкой тары из полимерных пленочных материалов встречаются два принци­пиальных решения:

1) прочность сварного соединения не ниже прочности ос­новных материалов;

2) прочность сварного соединения ниже прочности свари­ваемых элементов, поэтому несущую способность конструк­ции мягкой тары определяет сварное соединение.

Расчет сварных соединений на прочность выполняют с уче­том только рабочих напряжений в швах. Напряжения, возника­ющие вследствие совместных деформаций основного материа­ла и шва, а также остаточные напряжения в расчете не учиты­вают, хотя при разработке технологии изготовления сварных конструкций мягкой тары влияние их следует иметь в виду.

Прочность сварных соединений полимерных пленок, полу­ченных при использовании оптимальных методов и режимов сварки, определяется главным образом свойствами полимерно­го материала и характером распределения напряжений при работе соединения. Исследования напряжений в наиболее час­то применяемых при производстве мягкой тары нахлесточных и Т-образных сварных соединениях [33] показали следующее.

В нахлесточном соединении (рис. 5.37, а) в сечении J-J по основному материалу при растяжении возникают равномерно распределенные напряжения ар. В сечении Я-Я по сварочному шву напряжения аш также распределены равномерно: аш 2а = = ош 2б. но напряжения в шве меньше, чем напряжения в ос­новном материале: аш < ар. В сечении Я/-Я/ по околошовной зоне напряжения в точках За и 36 различаются между собой по величине. Максимальное напряжение характерно для точ­ки За в месте резкого изменения размера поперечного сечения при переходе от околошовной зоны к шву. Поэтому разрушение нахлесточных сварных соединений в основном происходит на околошовной зоне и начинается у точки За, а их прочность всегда несколько уступает прочности основного материала.

Основы расчета Сварных соединений на прочность

Рис. 5.37. Нахлесточное (а) и Т-образное (б) соединения полимерных пленочных материалов мягкой тары и характер распределения напряжений в сварных швах

В Т-образных сварных соединениях (рис. 5.37, б) в сечении 1-1 по основному материалу также возникают равномерно рас­пределенные растягивающие напряжения ор. В сечении //-// по плоскости сварки напряжения распределены неравномерно. Максимальное напряжение, значительно превосходящее ар, наблюдается в точке 2а, расположенной в устье шва. Это место является концентратором напряжения типа надреза. Напряже­ние в точке 26 равно нулю. Напряжения в точках За и 36 сече­ния IHIII меньше, чем в точке 2а. но больше, чем в точках 1а и 16 сечения 1-1. Поэтому разрушение Т-образных сварных соеди­нений происходит преимущественно по линии устья шва.

Значения коэффициентов концентрации напряжений Кк в различных точках сварных соединений приведены в табл. 5.8.

Таблица 5.8

Значения коэффициентов концентрации напряжений Кк в различных точках сварных соединений полимерных пленочных материалов [22]

Тип соединения

16

26

За

36

Нахлесточное

1.0

1.0

0.4

0,4

1.3

1.0

Т-образное

1,0

1.0

1.8

0,0

1.2

1.3

Величину Кк определяли как отношение напряжения в различ­ных точках сварного шва к напряжению в основном материале:

W

Кк-—■ (5.37)

Значительное влияние на прочность сварного соединения оказывает утонение свариваемого материала в зоне шва (рис. 5.38, а). Утонение материала в нахлесточных соединениях, ра­ботающих на сдвиг, значительно снижает прочность, посколь­ку нагрузку воспринимает сильно ослабленное сечение а-а (рис. 5.38, б). Кроме того, в месте перехода от утолщения 2 к тонкому шву создается дополнительная концентрация напря­жений, что также приводит к ослаблению сварного соедине­ния. Утонение в Т-образных соединениях, работающих на раз — дир, повышает прочность, так как нагрузку воспринимает утолщенная часть соединения 2 (рис. 5.38, в).

Для нахлесточных сварных соединений расчетную (эксплуа­тационную) нагрузку (усилие) Рэ определяют из соотношения [33]

^[Фс*]. (5.38)

Где Ь и I — ширина и длина шва соответственно; [хсд] — допус­тимое напряжение сдвига (среза),

Основы расчета Сварных соединений на прочность

Рис. 5.38. Схема утонения шва и образования наплывов в околошовной зоне в процессе сварки (а) и влияния наплывов на испытания нахлесточных (б) и Т-образных (в) сварных соединений

(5.39)

П

Где тсд — нормальное разрушающее напряжение сдвига (среза) для основного материала; К^ — относительная прочность свар­ного соединения; п— коэффициент запаса прочности.

Относительную прочность сварного соединения определя­ют как отношение разрушающего напряжения сварного шва тсд. ш к разрушающему напряжению основного материала:

Тт тсд. ш

— ■— (5.40)

Экспериментально установлено [5, 33], что при контактно-тепло­вой сварке нахлесточных соединений ПЭВД, ПЭНД и ПП К<: > 0,9. Для некоторых видов сварки значения Кс приведены в табл. 5.9.

Коэффициент запаса прочности п зависит от вида прикла­дываемой к упаковке нагрузки, изменений рабочей темпера­туры, агрессивности внешней и внутренней среды, климати­ческих и других условий эксплуатации. Значения коэффици­ента гг для сварных соединений некоторых термопластов при­ведены в табл. 5.10 и 5.11.

Максимальная деформация сварных соединений есв не дол­жна превышать допустимую деформацию едоп:

< _еФ

8св-едоп~ • (5.41)

ГЧ

Где егр — граничная деформация; г — коэффициент запаса до­пустимой деформации.

Значения егр и т для некоторых термопластов приведены в табл. 5.11.

Условия эксплуатации в табл. 5.11 классифицируются сле­дующим образом.

[Тсд] = —

I. Окружающая среда — воздух; статическая нагрузка при нормальной температуре и небольшом давлении; конструкция простой формы; в случае отказа конструкции опасность для окружающего персонала и оборудования отсутствует.

Относительная прочность сварного соединения Кс В зависимости от способа сварки и температуры

Окружающей среды

Способ сварки

Материал

Относительная прочность

Кратковр еменная

Длительная

20 ‘С

60 ‘С

20 ‘С

60 ‘С

Газовым теплоносителем с присадкой

ПВХ

0,6

0,4

0,4

ПЭНД

0,6

0,4

0,4

ПП

0,6

0,4

0,4

Контактная тепловая

ПВХ

0,8

0,6

ПЭНД

0,8-1,0

0,8

0.8

ПП

0,8-1,0

0,8

0,8

Экструдируемой присадкой

ПВХ

ПЭНД

0,7

0.5

0,5

ПП

Таблица 5.10

Коэффициенты запаса прочности п сварных соединений для конструкций из винипласта

Условия эксплуатации

Л = 1-Й,4

Л = 1,5+2,2

Л = 2,3+3

Механическая нагрузка Рабочая температура Среда

Климатические условия

Статическая постоянная неагрессивная в помещении

Статическая постоянная неагрессивная на открытом воздухе

Динамическая переменная агрессивная на открытом воздухе

Таблица 5.11

Коэффициент запаса прочности п для сварных соединений из термопластов исходя из требований прочности и допустимой деформации

Условия

ПВХ, л

ПВХ, л

ПЭВД, л

ПП, л

Эксплуатации

(£гр = 0’8>

(егр = 2,5)

I

2,5

0,7-1

1,3-1,5

1,5-1,7

II

3,4

1-1.1

1.5-1,8

1,8-2

III

5

1,3

2-2,2

2,2-3

II. Статическая нагрузка при переменной температуре и среднем давлении; конструкция простой формы; в случае от­каза конструкции опасность отсутствует.

III. Изменяющаяся нагрузка при переменной температуре и высоком давлении; наличие сред, не оказывающих хими­ческого воздействия; конструкция сложной формы; в случае отказа конструкции имеется опасность для персонала, окру­жающих устройств.

Разрушающее напряжение сдвига нахлесточного соедине­ния определяют по результатам испытаний на растяжение по формуле

Где Рр — разрушающее усилие.

Процесс изготовления мягкой тары совмещен с процессом заполнения ее продукцией. Поэтому на сварные швы могут по­падать частицы заполняемого продукта. Особенно часто это встречается при заполнении тары жидкой и порошкообразной продукцией. На рис. 5.39 показаны стадии получения упако­ванной порошкообразной продукции в мягкую тару типа «па­кет» с одним продольным и двумя поперечными швами. Запол­ненная дозой продукта цилиндрическая пленочная заготовка с продольным и нижним сварными швами подается вниз на расчетное расстояние (рис. 5.39, а). После этого встречным движением сварочных электродов горизонтального шва при­водятся в соприкосновение противоположные стороны цилин­дрической пленочной заготовки (рис. 5.39, б). Из-за негерме­тичности дозирующего устройства в зону сварного шва могут попадать частицы заполняемого продукта. При сварке про­дольного шва происходит укупоривание заполненного нижне­го пакета и оформление нижнего шва верхней заготовки паке­та. ГЪрячие прилегающие к свариваемым швам участки поли­мерной пленки контактируют с продуктом (рис. 5.39, в), поэто­му швы и околошовная зона могут содержать вплавления про­дукта, являющиеся концентратором напряжений и снижаю­
щие прочность упаковки. После завершения сварки горизон­тальный шов разрезается (рис. 5.39, г), упакованная продук­ция отделяется, а верхняя цилиндрическая заготовка запол­няется дозой продукта и процесс повторяется.

А б в г

Основы расчета Сварных соединений на прочность

Рис. 5.39. Схема совмещенных процессов изготовления мягкой тары и заполнения ее продукцией

Существует и другой механизм снижения качества и уменьшения прочности сварного шва под влиянием упаковы­ваемой продукции. После завершения процесса сварки ниж­ний шов заготовки мягкой тары имеет расчетную ширину Ь1 (рис. 5.40). Под действием веса упакованной продукции горя­чий сварной шов деформируется и в некоторых местах может иметь меньшую ширину fc^: bx > Ъ^.

Оба механизма снижения качества и уменьшения прочно­сти сварных швов зависят от свойств материала мягкой тары и упаковываемого продукта. Интенсивность их взаимодей­ствия можно оценить коэффициентом снижения прочности сварного шва под действием упаковываемого продукта

„ ауп

(5.43)

Ш

Рис. 5.40. Влияние упаковываемой продукции на качество сварных соединений: а — сварка шва и одновременное заполнение продукцией; б — качественный сварной шов; в — влияние продукции на качество шва

Где ауп — прочность шва под воздействием упаковываемого продукта; ош — прочность чистого сварного шва.

О влиянии различных упаковываемых продуктов на проч­ность сварных швов мягкой тары из некоторых полиолефинов можно судить по табл. 5.12.

Основы расчета Сварных соединений на прочность

С учетом коэффициента снижения прочности сварного шва КуП под действием упаковываемого продукта уравнение (5.39) будет иметь вид

(5.44)

В случаях, когда прочность сварного шва соизмерима с прочностью основного материала, мягкую тару испытыва­ют на разрушение избыточным давлением сжатого воздуха (рис. 5.41). Мягкую тару 8 помещают на неподвижную опо­ру стенда 1, с помощью подвижного кронштейна 2 к ней подводят прибор для испытаний 5. Заостренным наконеч­ником штуцера 6 протыкают стенку мягкой тары и с помо­щью линии 3 подают сжатый воздух. Герметизацию между штуцером 6 и мягкой тарой осуществляют с помощью уп-

Влияние упаковываемой продукции на прочность сварных швов мягкой тары из некоторых полиолефинов [27]

Материал мягкой тары

Упаковываемая продукция

Ламинат

Ор/у exact

EXACT

LLDPE

Прочность, мбар

*уп

Прочность, мбар

*УП

Прочность, мбар

«УЛ

Без продукта Смазочное масло Кофе

Растительное масло Вода

Мыльный раствор Спирт

Лимонный сок Апельсиновый сок Молоко Воздух

Оливковое масло Томатный сок

920 955 925 900 890 875 720 650 610 590

1,00 1,04 1,01 0,98 0,97 0,95 0,78 0,71 0,66 0,64

125 121

120 120 113 125

1,00 0,97

0,96 0,96 0,90 1,00

156 162

0

143 147 152

1,0 1,04

0 0,92 0,94 0,97

Основы расчета Сварных соединений на прочность

1 — стенд для испытаний; 2 — подвижный кронштейн; 3 — линия подачи сжатого воздуха; 4 — регистратор давления в мягкой таре; 5 — прибор для испытаний; 6 — игла; 7 — уплотнительные прокладки; 8 — мягкая тара

Лотнительных прокладок 7. Регистратор 4 фиксирует дав­ление в мягкой таре.

Давление разрушения может служить критерием оценки качества сварных соединений, определять влияние процес­са сварки на околошовную зону, а также производить опти­мизацию технологических режимов изготовления мягкой тары (рис. 5.42).

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 […]