Теоретичні основи напівсухого пресування порошкоподібних мас

Однак отримані рівняння, як правило, носять емпіричний ха-рактер, або містять коефіцієнти, для визначення яких необходи-мы спеціальні дослідження.

Визначений інтерес викликає емпіричне рівняння пресування, отримане Ю. Г. Дорофеевым і Н. Т. Жердицким [20];

де К – постійний коефіцієнт, одержуваний емпіричним шляхом; Аmax -максимальна приведена робота ущільнення, необхідна для достижения щільності моноліту.

Рівняння (4. 9) враховує деформаційний механізм ущільнення час-тиц, однак його автори допускають відсутність тертя на контактних поверхностях часток, що не відповідає реальним умовам процесу прессования.

Найбільш фундаментальні дослідження в області пресування по-рошкообразных матеріалів присвячені вивченню контактної взаємодії часток методами статичної механіки і проведені Г. М. Ждановичем [26]. Рівняння пресування з урахуванням витрат тиску на подолання сил зовнішнього тертя пресовок об стінки пресформи має вид

де К – постійна величина; =1/- відносний обсяг брикету.

Значення постійної величини К визначається по формулі

де LH, LB – параметри внутрішньої і зовнішньої бічної поверхні пресовки, відповідно; hk – приведена чи критична висота прессовки При =1; SH – площа поперечного переріза прессовки.

Рівняння (4. 11) досить всебічно описує деформаційний механізм взаємодії прессуемых часток, однак не враховує прочностные характеристики часток у процесі їхнього руйнування.

Існують і інші теоретичні розробки, у більшій чи меньшей ступені уточнюючі процес пресування порошкоподібних мас.

 

 

Процес пресування порошкоподібних мас під дією зовнішніх супроводжується істотною зміною первісного обсягу відрізняє його деформування від деформування компактного монолітного тіла, що спостерігається при руйнуванні порід. При стиску порошкоподібних мас з різними физикомеханічними характеристиками (гранулометрическим складом, насипной масой, пластичністю і т. д.) спостерігається загальна закономірність – экспоненціальна залежність зміни об'ємної щільності прессовки від тиску пресування Р. Це наочно виявляється при побудові діаграмм пресування (мал. 4. 12), отриманих при ущільненні порошків у замкнутій матриці.

До початку ущільнення порошкоподібна маса має велику пористість (малу насипну щільність) обумовлену тим що частки матеріалу, і, взаємодіючі між собою і стінками матриці, утворять аркі зводи, що створюють внутрішні порожнечі. На першій стадії пресування (ділянка ОА) під впливом зовнішньої сили Р відбувається структурне ущільнення матеріалу – частки змішаються відносно один одного і заповнюють порожнечі.

Зусилля, подолані при цьому, звичайно незначні. Енергія витрачається на подолання сил тертя часток відносно один одного і на тертя об стінки пресформ, а також на руйнування деякої частини крупних часток. Тому ущільнення матеріалу по висоті засипання відбувається не однаково. Спочатку ущільнюється шар матеріалу в самого штемпеля, а за тим тиск передається на нижній шар, причому тиск і ступінь уплотнения з глибиною зменшуються.

 

 

Довжина першої стадії залежить від кількості порожнеч (порозности) шихти в її насипному стані і визначається гранулометрическим складом і механізмом аутогезионного взаємодії часток.

На другій стадії пресування (ділянка АВ), після того як укладання часток в основному завершилася, ущільнення матеріалу происходит за рахунок деформації часток. Частина подводимой ззовні енергії витрачається на преодоление внутрішнього і зовнішнього тертя часток, а основна – на пружне-пластичне деформування зерен, що вимагає підвищеної витрати енергії. Під впливом зусилля, що пресує, відбувається зближення часток, збільшення поверхні їхнього контакту як за рахунок взаємного зіткнення зерен суміші, так і за рахунок появи нових поверхонь при тендітних разрушениях часток.

Міцність спресованого тіла обумовлена механічним зчепленням, дією електростатичних сил, а також міжмолекулярною взаимодействием як самих часток, так і речовин, адсорбованих на їхній поверхні. Сили електростатичного і межмолекулярного взаємодії часток прямо пропорційні поверхні контакту і назад пропорциональны квадрату відстані між ними. Остання взаємодія проявляеться лише на відстані порядку 10-10м. Із збільшенням тиску пресування дія зазначених сил зростає.

Третя стадія процесу пресування (ділянка ВС) характеризується сжатием міцного тіла, що утворилося, і зростаючою часткою пружних деформацій. Пружна деформація відновлює систему в колишній стан після зняття тиску (ділянка СЕ) і приводить до порушення структури спресованого тіла й ослабленню зв'язків між частками. При збільшенні часувитримки суміші під тиском пружні деформації можуть переходити в остаточні.

Таким образом, формование спресованого тіла – результат последовательно процесів ущільнення, що протікають, і зміцнення порошкообразного матеріалу під впливом прикладеного тиску (ділянка ОВ) і ослабления його структури після зняття тиску (ділянка BD).

На діаграмі пресування (див. мал. 4. 12) крива ОВ характеризує властивість матеріалу ущільнюватися при стиску. Робота, витрачена на стиск еквівалентнаі площі F1, фігури ОВК. Крива BD характеризує пружні властивості матеріалу (здатність його до розширення після стиску) а плошадь F2 фігури KBDN – роботу, чинену стиснутим матеріалом при його пружному розширенні.

Відношення вихідної висоти матеріалу Н0 у прес-формі до висоти його під тиском Н1, називається коефіцієнтом ущільнення:

Купл=Н0/Н1’

Відношення висоти прессовки Н1’ після пружного розширення до її высоте під тиском Н1, називається коефіцієнтом пружного розширення:

Купp=Н1’/Н1

Виходячи з умов сталості мас

де р0, р1, р1’ – щільність матеріалу, відповідно у вихідному, уплотненном станах і після зняття тиску.