Теоретичні основи напівсухого пресування порошкоподібних мас

 

 

 

Численні дослідження вітчизняних і закордонних вчених в області пресування порошкоподібних матеріалів свідчать про целе-сообразности реалізацію на практиці наступних технологічних прийомів, спрямованих на одержання високоміцних виробів з мінімальної анизо-тропией властивостей по їхньому обсязі: забезпечення оптимального гранулометриче-ского складу компонентів шихти; вибір раціональної форми і розмірів прессуемого виробу для забезпечення рівномірного розподілу напря-жений по його обсязі; попереднє ущільнення суміші перед прессовани-ем і виключення запресовування газоподібної фази в прессуемое виріб; двох^ фсхступенчатое пресування (чи двостороннє пресування) шихти з це-лью забезпечення рівномірного розподілу щільності по обсязі прес-совки; витримка спресованої шихти під тиском з метою релаксації напруг у спресованому виробі після зняття навантаження й інші меха-нико-технологические заходи.

Фундаментальні дослідження в області пресування порошкообраз-ных мас проведені в порошковій металургії, у вогнетривкому, керамиче-ском і силікатному виробництві, у хімічної, паливному й інших отрас-лях промисловості [1... 18]. При цьому найбільш важливими є теоре-тические дослідження з установлення необхідного зусилля пресування Рср визначального енергосилові параметри пресового устаткування і якість одержуваної продукції. Відомі також дослідження, у яких за критерій якості приймають щільність спресованого виробу (р).

У формулі А. Н. Миколаєва [19] при визначенні середнього тиску пресування Р^ була почата спроба врахувати геометричні розміри,

форму і взаємне розташування часток у процесі їхнього деформування за допомогою емпіричного коефіцієнта «с»:

де с – емпіричний коефіцієнт, що враховує розміри, форму і взаим-ное розташування часток; 5 – границя текучості металевого порошку; S -відносна щільність спресованого виробу (відношення вихідної насыпної маси шихти р0 до дійсної щільності матеріалу рист,  = р0/рист.

У рівнянні (4. 1) при  =0. 5, рср=0 що обмежує область його примінення.

З використанням чисельного методу досліджень М. Б. Генералов і інших вчених одержали рівняння для розрахунку тиску пресування минеральных порошків [13]:

де 0 – нормальні напруги зрушення порошкоподібного матеріалу; М -маса прессуемого порошку; R – радіус прес-матриці; - час запізнення (ретардації) деформації; lv – швидкість відносної об'ємної деформації; 8 – швидкість руху пуансона, що пресує; m, n – емпіричні коефіцієнти; Р0 – початковий тиск пресування; f, , -відповідно коефіцієнти внутрішнього і бічного тертя.

Рівняння (4. 2) враховує сукупний вплив факторів і досить об'єктивно оцінює процес пресування порошкоподібних мінеральних часток з урахуванням основних положень теорії граничної рівноваги, по якій навіть мала зміна об'ємних і поверхневих сил приводить до порушення рівноважного стану системи.

Досліджуючи контактну взаємодію часток металевого порошку, М. Ю. Бальшин установив наступну залежність [20]:

де к – контактний тиск між частками; Δ = -0 – збільшення відносної щільності; 0=0/ист- відносна щільність часток при 0=0; П0=1-0 початкове значення відносної пористості.

При висновку рівняння (4. 3) покладалося, що число контактів, приходящихся на одну частку, пропорційно відносної щільності:

=i/ист

де pі -насипна маса шихти; ист- дійсна щільність шихти при заданому тиску пресування, У даному вираженні покладалося, що

де А – приведена робота деформації; V – безрозмірна частка обсягу частинок, деформируемых при ущільненні.

Як показали дослідження И. С. Кайнарского, Р. Я. Попильского, Г. М. Ждановича, И. М. Федорченко, Р. А. Андриевского, DJones, W. Gegіelskі, ДО Kegel і інших учених [1... 20], при пресуванні поліфракційних порошкообразных шихт спостерігається здрібнювання зерен і утворення додаткової кількості тонких фракцій часток, для щільного упакування яких необхідні додаткові витрати енергії.

Дослідження процесу гідростатичного пресування металевих порошків, проведені під посібником Г. А. Меерсон [21], підтверджують доцільність забезпечення максимальної щільності прессовки і исключения анізотропії її властивостей.

Була встановлена залежність відносної щільності від тиску пресування Р:

m=P/Pmax (4. 5)

де Pmax- тиск, необхідне для забезпечення 100% -і щільності брикету; m- постійний емпіричний коефіцієнт.

Чи після підстановки відповідних значень і перетворень одержимо

При вивченні процесу пресування мідних сферичних часток діаметром (0, 8... 1, 2) х10-3м при тиску Р= (100... 700) Мпа була підтверджена гипотетическая схема деформації часток, відповідно до якої при равномерном обтисненні шихти (гідростатичному пресуванні) спостерігається менша деформація зерен при спрямованому силовому впливі (звичайному пресуванні). В останньому випадку частка сплющується в напрямку руху пресуючого пуансона, що пресує, і витягається в перпендикулярному направлении.

Звідси випливає висновок про доцільність для процесу пресування створення умов, що забезпечують мінімальну анізотропію властивостей прессуемых часток, тобто забезпечення умов з рівномірним розподілом напруг по обсязі деформуємих часток.

Вивченням залежності щільності пресування (опади шихти) від давления пресування займалися й інші дослідники: П. П. Баландін, А. С. Бережной, М. Я. Шевців, Н. Е. Дроздів і інші [22... 26]. Відповідно до исследованиям В. А. Полюх [23], залежність між осіданням маси і давлением пресування можна визначити по формулі

де h- осадка маси наприкінці пресування; Н – глибина засипання маси в прес-форму; п – безрозмірна величина, що характеризує властивості глиня-ной массы; Р0 – параметр, що характеризує відношення властивості маси до тиску; Р0 – тиск пресування.

Відповідно до досліджень інших учених [27], установлено:

де W – абсолютна вологість порошку, % ;  – коефіцієнт, що відбиває вплив гранулометрического складу, при W<11. 5%