Tomasz GARBACZ * Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Zamościu, Instytut Przyrodniczo-Techniczny E-mail: t.garbacz@pollub.pl 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. 4 3 2 1 525 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, 190 0 C, a temperatura w strefach głowicy wytłaczarskiej była równa 215 i 210 0 C. 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) liczebność próby 120 113 106 100 82 80 81 60 40 38 22 30 20 0 3 11 10 4 0 0 8,38 8,42 8,46 8,5 8,54 8,58 8,62 Przyjęty przedział cięŝaru zbiorników x, kg częstość próby 0,25 n / n 0,2 0,15 0,1 0,05 0 8,37 8,41 8,45 8,49 8,53 8,57 cięŝar zbiorników 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 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. & x&, BIBLIOGRAFIA 1. Colwin R.: Modern Plastics International 1998, 28, 6, 60. 2. Daubenbüchel W.: Kunststoffe 1992, 82, 201. 3. Gościcki K., Sikora R., Sarna G.: Patent polski 173593 (1994). 4. Grande J.: Modern Plastics International 1996, 26, 4, 74. 5. Hawrylecka U., Sikora R.: Polimery 1994, 39, 34. 6. Lutomirski S., Ładysz M.: Polimery 1994, 39, 38. 7. Menes - Malinowska I., śenkiewicz M.: Polimery 1989, 34, 539. 8. Norma C.L. Practical guide to blow molding. Smithers Rapra Technology, 2006. 9. Pepliński K., Bieliński M.: InŜynieria i Aparatura Chemiczna 2008, 3, 8. 10. Pepliński K., Bieliński M.: Polimery 2009, 54, 6, 44. 11. Rosato D. V.: Blow Molding Handbook. Hanser Publishers, Munich, Vienna 2004. 12. 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.